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KR20150074169A - See through near-eye display - Google Patents

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Publication number
KR20150074169A
KR20150074169A KR1020157013647A KR20157013647A KR20150074169A KR 20150074169 A KR20150074169 A KR 20150074169A KR 1020157013647 A KR1020157013647 A KR 1020157013647A KR 20157013647 A KR20157013647 A KR 20157013647A KR 20150074169 A KR20150074169 A KR 20150074169A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
display
microlens array
light
eye
transmissive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
KR1020157013647A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
지안 제이. 마
존 에이치. 홍
탈리스 와이. 창
총 유. 이
로버트 션 데일리
프레데릭 디. 김
Original Assignee
퀄컴 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 퀄컴 인코포레이티드 filed Critical 퀄컴 인코포레이티드
Publication of KR20150074169A publication Critical patent/KR20150074169A/en
Abandoned legal-status Critical Current

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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B5/1876Diffractive Fresnel lenses; Zone plates; Kinoforms
    • G02B5/188Plurality of such optical elements formed in or on a supporting substrate
    • G02B5/1885Arranged as a periodic array
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

다양한 실시예들은 투과형 디스플레이와 회절형 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 니어 아이 디스플레이를 포함한다. 투과형 디스플레이와 회절형 마이크로 렌즈 어레이 사이의 거리가 회절형 마이크로 렌즈 어레이의 초점 거리와 거의 동일하도록 투과형 디스플레이는 회절형 마이크로 렌즈 어레이에 대해 또한 위치될 수 있다. 투과형 디스플레이로부터 발광된 광의 일정 비율이 마이크로 렌즈 어레이에 의해 회절되고 인간의 눈의 망막 상의 초점으로 콜리메이팅되도록 투과형 디스플레이는 회절 마이크로 렌즈 어레이에 대해 위치될 수 있다. 실제 장면으로부터의 광이 투과형 디스플레이의 투명한 부분을 통과하여 인간의 눈의 초점 밖으로 상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 회절되도록 투과형 디스플레이가 회절형 마이크로 렌즈 어레이에 대해 추가로 위치될 수 있다. Various embodiments include a near-eye display having a transmissive display and a diffractive microlens array. The transmissive display may also be positioned relative to the diffractive microlens array so that the distance between the transmissive display and the diffractive microlens array is approximately equal to the focal length of the diffractive microlens array. The transmissive display can be positioned relative to the diffractive microlens array such that a certain fraction of the emitted light from the transmissive display is diffracted by the microlens array and collimated to the focal point on the retina of the human eye. The transmissive display may be further positioned relative to the diffractive microlens array such that light from the real scene passes through the transparent portion of the transmissive display and is diffracted by the microlens array out of the focal spot of the human eye.

Description

니어 아이 디스플레이를 통한 주시{SEE THROUGH NEAR-EYE DISPLAY}{SEE THROUGH NEAR-EYE DISPLAY}

본 출원은 일반적으로 컴퓨팅 디바이스 용 디스플레이에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 인간의 눈이 실제 이미지들 및 이 실제 이미지들과 중첩될 수 있는 컴퓨터 생성 이미지들에 동시에 포커싱하게 하는 니어 아이 디스플레이에 관한 것이다. This application relates generally to displays for computing devices, and more particularly to a near-eye display that allows the human eye to simultaneously focus on real images and computer generated images that can overlap with the actual images.

셀룰러 및 무선 통신 기술들은 지난 몇 년간 폭발적으로 성장하였다. 현재 셀룰러 서비스 제공자들은 정보, 자원 및 통신에 대한 전례없는 수준의 액세스를 자신들의 사용자에게 제공하는 다양한 특징들과 서비스들을 공급한다. 이러한 서비스 향상과 보조를 맞추기 위해, 모바일 전자 디바이스들(예, 셀룰러폰들, 태블릿, 랩톱 등)은 특징이 더 풍부하게 되었으며, 현재 일반적으로, 강력한 프로세서, 그래픽 하드웨어, 카메라, 위성 위치 확인 시스템(GPS) 수신기들, 및 친구들, 직장, 여가 활동 및 엔터테인먼트에 사용자를 연결하기 위한 다양한 다른 구성 요소들을 포함한다. 이러한 개선들로 인해, 모바일 장치 사용자들은 사용자의 물리적 환경에서의 실제 이미지를 컴퓨터 생성 이미지와 결합하는 증강 현실 소프트웨어 애플리케이션 같은, 강력한 소프트웨어 애플리케이션을 사용자의 모바일 장치 상에서 이제 실행할 수 있다. 이들 및 다른 개선들의 결과로서, 모바일 디바이스들은 어디서나 볼 수 있게 되었으며 모바일 디바이스 사용자들은 이제 임의의 장소에서 언제든지, 컨텐츠, 데이터 및 통신들에 액세스할 것이라고 기대한다. Cellular and wireless technologies have exploded over the past few years. Currently, cellular service providers provide a variety of features and services that provide unprecedented levels of access to information, resources, and communications to their users. In order to keep pace with this service enhancement, mobile electronic devices (e.g., cellular phones, tablets, laptops, etc.) have become more feature rich and are currently generally used in powerful processors, graphics hardware, GPS) receivers, and various other components for connecting users to friends, work, leisure activities, and entertainment. Because of these improvements, mobile device users can now run powerful software applications on the user's mobile device, such as an augmented reality software application that combines the actual image in the user's physical environment with the computer generated image. As a result of these and other improvements, mobile devices have become available everywhere and mobile device users now expect to access content, data and communications anytime, anywhere.

어디서나 존재하는 모바일 디바이스들 및 이들이 제공하는 애플리케이션과 통신에 대한 거의 연속적인 액세스로 인해, 모바일 디바이스 사용자들은 자신의 모바일 디바이스와 더 깊게 관여되고 있으며, 자신의 물리적 환경을 덜 인식하게 되고 있다. 이런 저런 이유들로 인해, 모바일 디바이스 사용자들이 이들의 물리적 환경과 컴퓨터 생성 이미지들/콘텐츠에 동시에 포커싱할 수 있게 하는 전자 디스플레이가 소비자에게 도움이 될 것이다.Due to the almost continuous access to mobile devices present everywhere and the applications they provide, mobile device users are becoming more involved with their mobile devices and are less aware of their physical environment. For these and other reasons, consumers will benefit from electronic displays that enable mobile device users to focus on their physical environment and computer generated images / content at the same time.

실시예의 니어 아이 디스플레이는 투과 전자 디스플레이, 및 사용자의 눈에서 250mm 이상인 거리에 디스플레이의 가상 이미지을 형성하기 위해 인입하는 광의 일정 비율을 회절시키도록 구성된 회절 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있으며, 여기서, 투과형 전자 디스플레이와 마이크로 렌즈 어레이 사이의 거리는 대략 마이크로 렌즈 어레이의 초점 거리이다. 회절 마이크로 렌즈 어레이는 부분적으로 회절성이고 부분적으로 투명할 수 있다. 투과형 전자 디스플레이는 복수의 픽셀을 포함할 수 있으며, 각 화소로부터 방출되는 광의 약 50 %가 사용자의 눈의 망막 상의 초점으로 회절되도록 회절 마이크로 렌즈 어레이가 화소들에 대하여 위치될 수 있다. 투과형 전자 디스플레이는 복수의 투명한 부분을 포함할 수 있고, 먼 장면으로부터의 광이 투과 디스플레이의 투명한 부분을 변경되지 않고 통과하도록 회절 마이크로 렌즈 어레이가 구성되고, 투과형 전자 디스플레이에 대해 위치될 수 있다. 실제 장면으로부터의 광의 약 50 %가 회절 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 망막에 이미지를 형성하도록 회절 마이크로 렌즈 어레이는 투과형 전자 디스플레이에 대하여 위치될 수 있다. 실제 장면으로부터의 광의 약 50 %가 마이크로 렌즈 어레이에 의해 회절되어 사용자의 망막의 초점을 벗어나도록 회절 마이크로 렌즈 어레이는 투과형 전자 디스플레이에 대하여 위치될 수 있다. 회절 마이크로 렌즈 어레이는 유리 기판 상에 제조될 수 있고 그리고/또는 볼륨 홀로그램으로서 광 중합성 필름으로 제조될 수 있다. 회절 마이크로 렌즈 어레이 및 투과 전자 디스플레이는 광학 렌즈로 제조될 수 있으며, 이는 안경의 일부이거나 안경에 부착될 수 있다. 투과형 전자 디스플레이는 액정 디스플레이일 수 있다. 투과형 전자 디스플레이는, 투명한 유기 발광 다이오드 디스플레이일 수 있는 유기 발광 다이오드 디스플레이일 수 있다.The near-eye display of an embodiment may include a transmissive electronic display and a diffractive microlens array configured to diffract a proportion of the incoming light to form a virtual image of the display at a distance of 250 mm or more in the user's eye, The distance between the display and the microlens array is approximately the focal length of the microlens array. The diffractive microlens array may be partially diffractive and partially transparent. The transmissive electronic display can include a plurality of pixels and the diffractive microlens array can be positioned relative to the pixels such that about 50% of the light emitted from each pixel is diffracted to the focal point on the retina of the user's eye. The transmissive electronic display may comprise a plurality of transparent portions and the diffractive microlens array may be configured and positioned relative to the transmissive electronic display such that light from a remote scene passes unaltered through the transparent portion of the transmissive display. The diffractive microlens array can be positioned relative to the transmissive electronic display such that about 50% of the light from the real scene passes through the diffractive microlens array to form an image in the retina. The diffractive microlens array can be positioned relative to the transmissive electronic display such that about 50% of the light from the real scene is diffracted by the microlens array and out of focus of the user's retina. Diffractive microlens arrays can be fabricated on glass substrates and / or can be made as photopolymerizable films as volume holograms. Diffraction microlens arrays and transmissive electronic displays can be fabricated with optical lenses, which can be part of glasses or attached to glasses. The transmissive electronic display may be a liquid crystal display. The transmissive electronic display may be an organic light emitting diode display, which may be a transparent organic light emitting diode display.

본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하고, 상기 주어진 개괄적인 설명 및 아래에 주어진 상세한 설명과 함께, 본 발명의 특징을 설명하는 역할을 한다.
도 1A-1C는 일반적으로 종래 기술의 증강 현실 안경에 포함된 컴포넌트들의 도면이다.
도 2는 종래의 헤드 업 디스플레이 시스템에 전자적으로 생성된 이미지를 디스플레이하기에 적합한 촬상 시스템의 도면이다.
도 3a는 안경의 형태인, 실시예의 니어 아이 디스플레이 시스템의 도면이다.
도 3b는 안경에 사용하기에 적합한, 실시예의 니어 아이 디스플레이 시스템의 실시예의 도면이다.
도 4-7은 실제 장면으로부터의 광 및 전자 디스플레이로부터 생성된 광을 인간 망막에 포커싱하도록 구성된 실시예의 니어 아이 디스플레이에서의 광 경로들을 도시하는 광선 트레이싱 다이어그램이다.
도 8은 실시예의 니어 아이 디스플레이에 사용하기에 적합한 회절 패턴을 갖는 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이의 도면이다.
도 9는 형성된 이미지가 인간의 눈으로부터 거리를 두고 나타나도록 인간의 눈에 근접하게 이미지를 형성하도록 구성되는 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 실시예의 니어 아이 디스플레이 시스템의 도면이다.
도 10은 실시예의 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 시스템의 예시적인 컴포넌트를 도시하는 블록도이다.
도 11은 다양한 실시예에 사용하기에 적합한 모바일 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate exemplary embodiments of the invention and, together with the general description given above and the detailed description given below, serve to explain the features of the invention do.
Figures 1A-1C are diagrams of components generally included in prior art augmented reality glasses.
2 is a diagram of an imaging system suitable for displaying an electronically generated image in a conventional head-up display system.
Figure 3a is a diagram of a near eye display system in an embodiment in the form of glasses.
3B is a diagram of an embodiment of a near eye display system, which is suitable for use with glasses.
4-7 are light ray tracing diagrams illustrating light paths in a near eye display of an embodiment configured to focus light from an actual scene and light generated from an electronic display onto a human retina.
8 is a view of a hologram microlens array having a diffraction pattern suitable for use in a near eye display of an embodiment.
9 is a diagram of a near eye display system in an embodiment having a hologram microlens array configured to form an image close to the human eye such that the formed image appears at a distance from the human eye.
10 is a block diagram illustrating an exemplary component of a head-mounted display (HMD) system of an embodiment.
11 is a block diagram of a mobile computing device suitable for use in various embodiments.

다양한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 어디든 가능한 곳이라면, 동일한 참조 번호들은 동일 또는 같은 부분을 참조하도록 도면 전반에 걸쳐 사용될 것이다. 특정 실시예 및 구현예에 대한 참조는 예시 목적이며, 본 발명이나 청구항의 범위를 제한하려는 것은 아니다.Various embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like parts. Reference to specific embodiments and implementations is for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the invention or the claims.

"예시적인"이라는 단어는 "예시, 실례 또는 예증으로서 작용하는"을 의미하는 것으로 사용된다. "예시"로서 본 명세서에 기술된 임의의 구현이, 반드시 다른 실시예들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석되는 것은 아니다. The word "exemplary" is used to mean "serving as an example, instance, or illustration. &Quot; Any embodiment described herein as "exemplary " is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other embodiments.

용어 "모바일 디바이스", "사용자 장비" 및 "핸드 헬드 디바이스"는 셀룰러 전화, 스마트 폰, 개인 또는 모바일 멀티미디어 플레이어, 개인용 정보 단말기들(PDA's), 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 북, 울트라 북, 팜탑 컴퓨터들, 무선 전자 메일 수신기, 멀티미디어 인터넷 가능 셀룰러 전화, 무선 게임 컨트롤러, 및 프로그램 가능 프로세서, 메모리 및 무선 통신 신호를 전송 및/또는 수신하기 위한 회로를 포함하는 유사한 개인 전자 디바이스들 중 회로 임의의 하나 또는 모두를 지칭하도록 본 명세서에서 서로 교환가능하게 사용된다.The terms "mobile device", "user equipment", and "handheld device" include but are not limited to a cellular phone, a smart phone, a personal or mobile multimedia player, a personal digital assistant (PDA's), a laptop computer, Any one of the circuits among similar personal electronic devices including computers, wireless e-mail receivers, multimedia Internet enabled cellular phones, wireless game controllers, and programmable processors, circuits for transmitting and / or receiving memory and wireless communication signals Quot; or " all " are used interchangeably herein.

용어 "픽셀"은 본 명세서에서, 전자 디스플레이 디바이스에서 어드레싱 가능한 가장 작은 개별 엘리먼트를 지칭하는데 사용된다. 일반적으로, 단위 면적 당 픽셀들의 수가 많을수록, 전자 디스플레이 디바이스의 해상도는 높다.The term "pixel" is used herein to refer to the smallest individual element addressable in an electronic display device. In general, the larger the number of pixels per unit area, the higher the resolution of the electronic display device.

문구 "헤드 업 디스플레이"와 그 약어"HUD"는 본 명세서에서, 사용자들이 자신들의 평소 시점에서 눈길을 돌릴 필요 없이 사용자에게 정보를 제공하는 전자 디스플레이 시스템을 지칭하도록 사용된다.The phrase "head-up display" and its abbreviation "HUD " are used herein to refer to an electronic display system in which users provide information to the user without having to look at their usual point of view.

용어 "니어 아이 디스플레이"는 사용자의 한쪽 또는 양쪽 눈에 근접하게 착용될 수 있는 광학 디스플레이 디바이스를 지칭하는 것으로 사용된다. 니어 아이 디스플레이는, 콘택트 렌즈, 안경, (예를 들어, 헬멧의 일부로서 또는 개인의 얼굴 상의) 헤드 마운트 디스플레이, 헤드 업 디스플레이, 가상 현실 안경, 증강 현실 안경, 전자 고글 및 기타 유사한 기술/디바이스에 포함될 수 있다. The term "near eye display" is used to refer to an optical display device that can be worn close to one or both eyes of a user. The near-eye display may include a contact lens, a pair of glasses, a head-mounted display (e.g., as part of a helmet or on a personal face), a head-up display, virtual reality glasses, augmented reality glasses, electronic goggles and other similar technologies / .

모바일 디바이스 기술의 최근 발전으로 인해, 모바일 디바이스의 사용자들은, 사용자의 물리적 환경에서의 실제 이미지들과 컴퓨터 생성 이미지를 결합하는 증강 현실 소프트웨어 애플리케이션들 같은 강력한 소프트웨어 애플리케이션을 이제 자신들의 모바일 디바이스들에서 실행할 수 있다. 증강 현실 애플리케이션은 애플리케이션의 사용자를 둘러싼 자연계에 그래픽, 사운드 및/또는 촉각 피드백을 추가할 수 있다. 사용자의 물리적 환경에 존재하는 물체들 및/또는 사람에 대한 정보는, 사용자가 실제 사람/물체들의 표시를 보고 그리고/또는 이와 상호작용하도록 전자 디스플레이 상에서 사용자에게 제공되는 데이터베이스로부터 리트리브될 수 있다. 예로서, 모바일 디바이스 증간 현실 애플리케이션은 모바일 디바이스의 사용자의 시야에 있는 빌딩의 이미지를 캡쳐하고, 빌딩을 식별하기 위해 이미지 매칭 또는 다른 연산들을 수행하고, 데이터베이스로부터 식별된 빌딩에 속하는 정보를 리트리브하고, 그리고 사용자가 빌딩의 상황 내의 정보를 뷰잉할 수 있도록 빌딩의 이미지 상에 리트리브된 정보를 오버레이할 수 있다. 다른 예로서, 모바일 디바이스 증강 현실 애플리케이션은 사용자 부근의 인간 얼굴의 존재를 식별하고, 얼굴이 검출된 개인을 식별하도록 얼굴 인식 연산을 수행하고, 데이터베이스(예를 들어, 로컬 데이터베이스, 인터넷 등)로부터 식별된 개인과 관련된 아바타, 웹사이트 또는 정보를 리트리브하고, 그리고 검출된 인간 얼굴에 근접한 리트리브된 정보를 디스플레이할 수 있다. 이러한 새로운 모바일 디바이스 특징들, 성능들 및 애플리케이션들(예를 들어, 증강 현실 애플리케이션들)이 소비자에게 유익할 수 있지만, 이것들은 또한 사용자들이 자신의 모바일 디바이스들과 더 깊게 관여되게 하고, 사용자들이 자신의 물리적 환경들에 집중하지 못하게 하며, 그리고/또는 사용자들을 실제 세계로부터 격리시키는 가능성을 갖는다. Due to recent advances in mobile device technology, users of mobile devices can now run powerful software applications, such as augmented reality software applications that combine computer generated images with real images in the user's physical environment, on their mobile devices have. An augmented reality application can add graphics, sound, and / or tactile feedback to the natural world surrounding the user of the application. Information about objects and / or people present in the user's physical environment may be retrieved from a database provided to the user on an electronic display to allow the user to view and / or interact with displays of real persons / objects. By way of example, a mobile device incremental reality application may capture an image of a building in the user's view of the mobile device, perform image matching or other operations to identify the building, retrieve information pertaining to the identified building from the database, And can overlay the retrieved information on the image of the building so that the user can view information in the context of the building. As another example, a mobile device augmented reality application may perform a face recognition operation to identify the presence of a human face in the vicinity of the user, to identify the person whose face is detected, and to identify (e.g., from a database Retrieve the avatar, website or information associated with the person being identified, and display the retrieved information proximate to the detected human face. While these new mobile device features, capabilities and applications (e.g., augmented reality applications) may be beneficial to the consumer, they also allow users to engage deeper with their mobile devices, And / or has the potential to isolate users from the real world.

다양한 실시예들은 전자 또는 컴퓨터 생성 이미지들이 실세 장면(즉, 사용자가 안경 없이 볼 수 있는 것)과 중첩되어 나타나도록 안경 상에 전자 또는 컴퓨터 생성 이미지들을 디스플레이할 수 있는 니어 아이 디스플레이를 제공한다. 이는 사용자가 자신의 평소 시점에서 눈길을 돌릴 필요 없이 실제 장면의 상황에서 생성된 이미지를 볼 수 있게 한다. 실시예에서, 니어 아이 디스플레이는, 상당한 눈의 피로나, 사용자의 주변 시야를 차단하는 것을 유발하지 않고 오랜 기간 동안 인간의 눈에 매우 근접하게 착용될 수 있는 경량 및 눈에 띄지 않는 안경의 광학 렌즈나 콘택트 렌즈에 내장될 수 있다. 안경에 니어 아이 디스플레이를 내장하는 것은, 기존의 니어 아이 디스플레이들 및 헤드 업 디스플레이들에 사용되는 프로젝션 및 긴 초점 거리 디스플레이들의 부피와 무게를 제거한다.Various embodiments provide a near-eye display in which electronic or computer-generated images can display electronic or computer-generated images on the glasses such that they appear superimposed on the actual scene (i.e., what the user can see without the glasses). This allows the user to view the generated image in the context of the actual scene without having to look away from his or her usual point of view. In an embodiment, the near-eye display is a lightweight and inconspicuous spectacle optical lens that can be worn very close to the human eye for a long period of time without causing significant eye fatigue or blocking the user ' Or contact lenses. Embedding the near-eye glasses display removes the volume and weight of the projection and long focal length displays used in conventional near-eye displays and head-up displays.

실시예에서, 니어 아이 디스플레이는 투과형 디스플레이 및 회절 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 투과형 디스플레이와 회절 마이크로 렌즈 어레이 사이의 거리가 회절 마이크로 렌즈 어레이의 초점 거리와 거의 동일하도록 투과형 디스플레이는 회절 마이크로 렌즈 어레이에 매우 가깝게 위치될 수 있다. 실시예에서, 착용시 광이 사용자로부터 약 250mm 이상의 거리에서 발생한 것처럼 보이게, 디스플레이 이미지들이 사용자 눈의 망막에 포커싱하도록, 투과형 디스플레이로부터 방출된 광의 일정 비율이 마이크로 렌즈 어레이에 의해 회절되고 콜리메이팅되기 위해 투과형 디스플레이는 회절 마이크로 렌즈 어레이에 대해 위치될 수 있다. 또한, 투과형 디스플레이는, 실제 장면으로부터의 광이 사용자에 의해 보여질 수 있게, 이 광이 마이크로 렌즈 어레이에 의한 회절 없이 투과형 디스플레이의 투명한 부분을 통과하도록 회절 마이크로 렌즈 어레이에 대해 위치될 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이에 의해 회절되는 실제 장면으로부터의 임의의 광은 인간의 눈의 초점을 벗어나게 될 것이어서, 회절된 광은 사용자의 뇌에 의해 무시된다. In an embodiment, the near-eye display may include a transmissive display and a diffractive microlens array. The transmissive display can be positioned very close to the diffractive microlens array so that the distance between the transmissive display and the diffractive microlens array is approximately equal to the focal length of the diffractive microlens array. In an embodiment, a certain percentage of the light emitted from the transmissive display is diffracted and collimated by the microlens array so that the display images appear to have originated at a distance of about 250 mm or more from the user when worn, The transmissive display can be positioned relative to the diffractive microlens array. The transmissive display can also be positioned relative to the diffractive microlens array such that the light passes through the transparent portion of the transmissive display without diffraction by the microlens array such that light from the actual scene can be seen by the user. Any light from the actual scene being diffracted by the microlens array will be out of focus of the human eye such that the diffracted light is ignored by the user's brain.

일반적으로, 인간의 눈은 렌즈를 통한 광선을 인간의 망막의 광 수용체 세포의 집합에 포커싱함으로써 기능을 한다. 광의 포커싱은, 눈의 물리적 형상 및 결국 수정체와 망막 사이의 거리를 변경시키는 일련의 근육들을 수축 또는 이완시킴으로써 달성된다. 가까운 물체에 포커싱하기 위해, 정상적인 인간의 눈은 다양한 근육들을 수축시켜서 수정체(eye lens)를 불룩하게 하여 수정체와 망막 사이의 거리를 감소시킨다. 인간의 눈이 포커싱할 수 있는 가장 가까운 거리는 10cm(젊은이)부터 50cm(노인)이다. 근육이 이완될 때, 눈이 신장되고, 눈은 "무한대에 포커싱"된다. 광 공시(publication) 거리(즉, 생성된 이미지와 사용자의 눈 사이의 거리)가 약 2 피트일 때, 인간의 눈은 일반적으로 무한대에 포커싱된다. 평균적인 인간의 눈은, 가까운 물체에 포커싱하는 경우보다 무한대에 포커싱하는 경우가 훨씬 더 편안하며, 가까운 물체에 대한 장시간 초점은 일반적으로 눈의 피로를 유발한다. 이런 저런 이유들로 인해, 종래 디스플레이 기술 및 이미지 생성 기술은 (예를 들면, 수 인치 미만으로) 눈에 근접하게 착용되는 안경과 같은 니어 아이 디스플레이에 사용하기에 적합하지 않다. In general, the human eye functions by focusing rays through the lens onto a collection of photoreceptor cells in the human retina. Focusing of light is accomplished by contracting or relaxing a series of muscles that change the physical shape of the eye and eventually the distance between the lens and the retina. To focus on a nearby object, a normal human eye contracts various muscles to bulge the eye lens to reduce the distance between the lens and the retina. The closest distance the human eye can focus is from 10 cm (young) to 50 cm (elderly). When the muscles relax, the eyes are stretched and the eyes are "focused at infinity". When the publication distance (i.e., the distance between the generated image and the user ' s eye) is about two feet, the human eye is typically focused at infinity. The average human eye is much more comfortable when focusing on infinity than when focusing on a nearby object, and long focus on a nearby object usually causes eye fatigue. For these and other reasons, conventional display technologies and image generation techniques are not suitable for use in near eye displays such as glasses that are worn close to the eye (e.g., less than a few inches).

도 1a-1c는 인간의 눈에 근접하게 전자 이미지를 생성하도록 구성된 종래 기술의 증간 현실 안경(100)의 다양한 컴포넌트들을 도시한다. 도 1a는, 증강 현실 안경(100)이 프레임(102), 두 개의 광학 렌즈(106), 프로세서(114), 메모리(116) 및 프로젝터(108)를 포함할 수 있음을 도시한다. 프로젝터(108)는 프레임(102)의 암부(104)에 내장되고 광학 렌즈(106) 상에 이미지들을 투사하도록 구성될 수 있다. 1A-1C illustrate various components of prior art incident reality glasses 100 configured to produce an electronic image close to the human eye. 1A shows that the augmented reality glasses 100 may include a frame 102, two optical lenses 106, a processor 114, a memory 116, and a projector 108. The projector 108 can be configured to be embedded in the arm portion 104 of the frame 102 and to project images onto the optical lens 106. [

도 1b는 증강 현실 안경(100)의 암부(104)에 내장될 수 있는 전형적인 프로젝터(108)의 예시적인 컴포넌트를 도시한다. 프로젝터(108)는, 프로세서(114)로 정보를 전송하고 그리고/또는 프로세서(114)로부터 정보를 수신하기 위한 통신 회로(130), 발광 다이오드(LED) 모듈(132), 광 터널(134), 균질화 렌즈(136), 광학 디스플레이(138), 폴딩 미러(140) 및 일반적으로 종래 기술의 프로젝터에 포함되는 다른 잘 알려진 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 요약하면, LED 모듈(132)은 광학 디스플레이(138) 방향으로 편향되기 전에 광 터널(134) 및 균질화 렌즈(136)를 통해 이동하는 광 빔을 생성한다. 광학 디스플레이(138)는 수신된 광 빔을 다른 광 빔들(예를 들면, 다른 색)과 결합하여 이미지를 생성한다. 생성된 이미지는 폴드 미러(140)에 반사되어 콜리메이터 및/또는 중계 이미징 시스템을 통해 증강 현실 안경(100)의 광학 렌즈(106)로 진행한다. Figure IB shows an exemplary component of a typical projector 108 that may be embedded in the arm portion 104 of the augmented reality glasses 100. The projector 108 includes a communication circuit 130, a light emitting diode (LED) module 132, a light tunnel 134, and a light emitting diode (LED) module 132 for transmitting information to and / A homogenizing lens 136, an optical display 138, a folding mirror 140, and other well known components typically included in prior art projectors. The LED module 132 produces a light beam traveling through the light tunnel 134 and the homogenizing lens 136 before being deflected towards the optical display 138. The optical display 138 combines the received light beam with other light beams (e.g., other colors) to produce an image. The generated image is reflected to the fold mirror 140 and proceeds to the optical lens 106 of the augmented reality glasses 100 through the collimator and / or the relay imaging system.

광학 렌즈(106)와 사용자의 수정체 간의 상대적으로 짧은 거리로 인해, 모든 연령대의 사용자가 생성된 이미지에 포커싱할 수 있도록, 중계 이미징 시스템은 생성된 이미지와 사용자의 눈 사이의 거리(즉, 광 공시 거리)를 50cm보다 큰 거리로 연장해야 한다. Due to the relatively short distance between the optical lens 106 and the user ' s lens, the relay imaging system can be used to focus the generated image on a user of all ages, Distance) to a distance greater than 50 cm.

도 1c는 종래 기술의 증강 현실 안경(100)의 광학 렌즈(106) 상에 이미지를 디스플레이하기에 적합한 중계 이미징 시스템(160)의 컴포넌트들을 도시한다. 사용자가 생성된 이미지에 포커싱할 수 있도록, 중계 이미징 시스템(160)은 생성된 이미지와 사용자의 눈 사이의 거리를 연장한다. 도 1c에 도시된 예에서, 중계 이미징 시스템(160)은 제 1 렌즈(164)를 갖는 복합 광학 렌즈(162), 제 2 렌즈(166), 및 도파로(168)를 포함한다. 도파관(168)은 복수의 반사 섹션(170) 및 투명 섹션(172)을 포함한다. 광학 디스플레이(138)로부터의 광 빔들은 광 빔들을 좁혀서 도파관(168)의 반사 섹션(170)에 포커싱하는 콜리메이터(174)를 통해 복합 렌즈(162)로 진입한다. 광 빔들이 도파관(168)의 투명 섹션(172)에 도달할 때까지, 광 빔들은 반사 섹션들(170)에서 반사된다. 광 빔은 투명 섹션(172) 관통하여, 제 1 렌즈(164)를 통해, 수정체(180) 상으로 진행하여 증강 현실 안경(100)의 사용자의 망막(182)에 포커싱된다. 1C shows components of a relay imaging system 160 suitable for displaying an image on an optical lens 106 of a prior art augmented reality glasses 100. The relay imaging system 160 extends the distance between the generated image and the user's eye so that the user can focus on the created image. 1C, the relay imaging system 160 includes a composite optical lens 162, a second lens 166, and a waveguide 168 having a first lens 164. The waveguide 168 includes a plurality of reflective sections 170 and a transparent section 172. The light beams from the optical display 138 enter the compound lens 162 through a collimator 174 that narrows the light beams and focuses them on the reflective section 170 of the waveguide 168. Until the light beams reach the transparent section 172 of the waveguide 168, the light beams are reflected at the reflective sections 170. The light beam passes through the transparent section 172 and passes through the first lens 164 onto the lens 180 and is focused on the user's retina 182 of the augmented reality glasses 100.

전술한 바와 같이, 광 공시 거리가 약 2 피트일 때, 인간의 눈은 일반적으로 무한대에 포커싱된다. 릴레이 광학계를 사용하여 이 거리를 달성하는 것은, 부피가 큰 렌즈를 흔히 필요로 하는데, 이는 안경이 착용하기에 불편하고, 눈에 잘 띄고, 보기에 안 좋고, 무거우며, 소비자에게 달리 호소력이 없게 한다. 또한, 릴레이 광학계는 일반적으로 실제 장면으로부터의 인입하는 광의 상당량을 차단하며, 이는 사용자의 주변 시야를 감소시키고 그리고/또는 사용자의 자연 환경으로부터 사용자를 분리시킬 수 있다. 또한, 실제 장면에서 인입하는 광의 상당량을 차단함으로써, 기존의 증강 현실 솔루션은 생성된 이미지와 실제 장면 사이의 원활한 통합을 제공하지 않는다.As described above, when the optical dis- tance distance is about 2 feet, the human eye is generally focused at infinity. Achieving this distance using relay optics often requires bulky lenses, which are uncomfortable to wear, eye-catching, invisible, heavy, and unattractive to the consumer do. In addition, the relay optics typically block a significant amount of incoming light from the actual scene, which may reduce the user ' s peripheral vision and / or isolate the user from the user ' s natural environment. Also, by blocking a significant amount of incoming light in a real scene, existing augmented reality solutions do not provide seamless integration between generated images and real scenes.

투사된 이미지를 실제 장면과 통합하기 위한 또 다른 알려진 기술은 헤드 업 디스플레이이다. 도 2는 사용자가 자신의 일반적인 시점에서 눈길을 돌릴 필요 없이 사용자에게 정보를 제공하도록 구성된 종래 기술의 헤드 업 디스플레이에 전자적으로 생성된 이미지들을 디스플레이하기 위한 예시적인 이미징 시스템(200)을 도시한다. 도 2는 프로젝터(108)로부터 방출되는 광(202)이 광학 렌즈 또는 윈드쉴드(206)의 하나 이상의 미러링 또는 반투명 부분들(204)로부터 사용자/사용자의 수정체(180) 상으로 반사될 수 있음을 도시한다. 실제 장면으로부터의 광(210)은 사용자의 수정체(180)에 도달하는 광학 렌즈/윈드쉴드(206)의 비-미러링 부분을 통과할 수 있다. Another known technique for integrating projected images with real scenes is the head-up display. Figure 2 illustrates an exemplary imaging system 200 for displaying electronically generated images on a prior art head-up display configured to provide information to a user without the user having to look at his / her general point of view. 2 shows that light 202 emitted from the projector 108 may be reflected from the one or more mirrored or translucent portions 204 of the optical lens or windshield 206 onto the user / Respectively. Light 210 from the real scene may pass through the non-mirrored portion of the optical lens / windshield 206 that reaches the user's lens 180.

이미징 시스템(200)이 자동차 및 항공기에 사용되는 것과 같은 종래 기술의 헤드 업 디스플레이 시스템에서 구현될 때, 프로젝터(108)에 디스플레이되는 이미지는, 사용자가 생성된 이미지에 포커싱할 수 있도록(예를 들어, 사용자의 눈이 무한대에 초점을 유지할 수 있음), 사용자의 눈으로부터 상당한 거리(예를 들어, 2 피트 이상)에 위치해야 한다. 따라서, 기존의 헤드 업 디스플레이 솔루션 및 기술은 사용자의 눈에 근접하게 착용되는 안경 및 콘택트 렌즈와 같은 니어 아이 디스플레이에 구현하기에 적합하지 않다. When the imaging system 200 is implemented in a prior art head-up display system, such as used in automobiles and aircraft, the image displayed on the projector 108 can be used to focus the user on the generated image , The user's eye can keep focus on infinity), and a considerable distance from the user's eyes (e.g., more than 2 feet). Thus, conventional head-up display solutions and techniques are not suitable for implementation in near eye displays such as glasses and contact lenses worn close to the user's eyes.

증강 현실 안경의 경우, 생성된 이미지를 광학 렌즈의 유리 표면에 직접 투사하는 것은 망막에 이미지를 형성하지 않을 것이며, 리이미징 렌즈의 사용은 실제 장면이 렌즈에 의해 왜곡되게 할 것이다. 생성된 이미지가 안경의 측면에 투사되는 경우, 실제 장면으로부터의 광(210)과 프로젝터로부터의 광(202)은 사용자의 망막에 오버랩하지 않는다. 또한, 사용자의 눈이 실제 장면에 포커싱된 경우 프로젝터로부터의 이미지는 사용자의 눈의 시야에 있지 않을 것이며, 그 반대도 마찬가지이다. 이런 저런 이유들로 인해, 니어 아이 디스플레이에 이미징 시스템(200)을 구현하는 것은, 실제 장면과 생성된 이미지 사이의 원활한 통합을 제공하지 않는다. In the case of augmented reality glasses, projecting the generated image directly onto the glass surface of the optical lens will not form an image on the retina, and the use of a re-imaging lens will cause the actual scene to be distorted by the lens. When the generated image is projected on the side of the glasses, the light 210 from the actual scene and the light 202 from the projector do not overlap with the user's retina. Also, if the user's eye is focused on a real scene, the image from the projector will not be in the field of view of the user's eye, and vice versa. For these and other reasons, implementing the imaging system 200 on the near eye display does not provide for smooth integration between the real scene and the generated image.

기존 솔루션의 전술한 제한에 부가하여, 앞서 설명된 중계 이미징 시스템은, 프로젝터(108)로부터 방출된 광(202)이 광학 렌즈/윈드쉴드(162, 206)의 반사 부(170, 204)에서 반사될 수 있도록, 프로젝터(108)가 광학 렌즈/윈드쉴드(162, 206) 내부에 또는 내에 위치될 것을 필요로 한다. 증강 현실 안경의 경우, 이는 일반적으로, 프레임(102) 내에 프로젝터(180)를 위치시킴으로써 달성되는데, 이는 프레임(102)이 두껍고, 무겁고 그리고/또는 소비자들이 불편하고, 눈에 잘 띄고, 보기에 안 좋고, 무거우며, 달리 호소력이 없음을 발견할 수 있는 부피가 큰 재료로 만들어지는 것을 필요로 한다. 이런 저런 이유들로 인해, 기존의 가상/증강 현실 시스템들 및 니어 아이 디스플레이 솔루션들은 니어 아이 디스플레이들에 사용하기에 적합하지 않고 그리고/또는 소비자들에게 호소력이 없다. In addition to the aforementioned limitations of the existing solutions, the relay imaging system described above can be used in a system where the light 202 emitted from the projector 108 is reflected by the reflective portions 170, 204 of the optical lens / windshield 162, The projector 108 needs to be positioned within or within the optical lens / windshield 162, In the case of augmented reality glasses, this is generally accomplished by placing the projector 180 in the frame 102, which is a thick, heavy, and / or consumer inconvenient, visible, It needs to be made of bulky material that can be found to be good, heavy, and otherwise unappealing. For these and other reasons, existing virtual / augmented reality systems and near eye display solutions are not suitable for use in near eye displays and / or appealing to consumers.

다양한 실시예들은, 상당한 눈의 피로 또는 주변 시야의 차단을 유발하지 않고, 사용자가 실제 장면의 상황에서 생성된 이미지를 볼 수 있도록, 실제 장면(즉, 사용자가 디스플레이 없이 보았을 것)을 전자 또는 컴퓨터 생성 이미지와 결합할 수 있는 니어 아이 디스플레이를 제공한다. 다양한 실시예들은, 인간의 눈이 종래 기술의 해결책에서 요구되는 큰 부피의 중계 광학 소자 없이 생성된 이미지를 무한대로 중계함으로써 실제 장면과 생성된 이미지 모두에 동시에 포커싱할 수 있게 하는 니어 아이 디스플레이 시스템을 제공한다. 다양한 실시예들은, 눈의 피로나 사용자 산만/고립을 유발하는 원인이 되지 않는 방식으로 실제 장면과 생성된 이미지를 원활하게 통합한다. Various embodiments may be used to create a real scene (i.e., what a user would have seen without a display), such as an electronic or computer, so as to allow the user to view an image generated in the context of a real scene without causing significant eye fatigue, Provides a near-eye display that can be combined with the generated image. Various embodiments provide a near-eye display system that allows the human eye to simultaneously focus on both the real scene and the generated image by indefinitely relaying the generated image without the large volume of relay optics required in prior art solutions to provide. Various embodiments smoothly integrate the actual scene with the generated image in a manner that does not cause eye fatigue or user distraction / isolation.

도 3a는 안경(306)의 형태로 실시예의 니어 아이 디스플레이 시스템(300)의 컴포넌트들을 도시한다. 안경(306)은 무테, 와이어 프레임, 플라스틱 프레임, 나무 프레임, 뿔테, 반무테(browline), 코안경, 안전 안경, 선글라스, 또는 현재 입수가능하거나 미래에 개발될 수 있는 임의의 다른 타입의 안경류나 안경일 수 있다. 도 3a에 도시된 예에서, 안경(306)은 사용자의 눈 앞에서 광학 렌즈(304)를 지지하는 프레임(306)을 포함한다. 프레임(306)은, 광학 렌즈(304)를 사용자의 눈앞에 지지하기에 적합한 경량 재료(예를 들면, 중합체, 합금, 금속, 나무, 등)로 구성될 수 있다. 광학 렌즈(304)는, 처방 렌즈, 비처방 렌즈, 시력 교정용 렌즈, 확대 렌즈, 편광 렌즈, 착색 렌즈, 광 변색성 렌즈, 또는 단지 투명 유리 또는 플라스틱 기판 조각, 또는 현재 입수가능하거나 미래에 개발될 수 있는 임의의 다른 타입의 안경 렌즈일 수 있다. Figure 3A shows the components of the near eye display system 300 of the embodiment in the form of glasses 306. The eyeglasses 306 may be any type of eyewear, wireframe, plastic frame, wood frame, hornblende, browline, sunglasses, safety glasses, sunglasses, or any other type of spectacles or spectacles available now or in the future . In the example shown in FIG. 3A, the glasses 306 include a frame 306 that supports the optical lens 304 in front of the user's eyes. The frame 306 may be constructed of a lightweight material (e.g., polymer, alloy, metal, wood, etc.) suitable for supporting the optical lens 304 in front of the user's eyes. The optical lens 304 may be any of a variety of types, including prescription lenses, non-prescription lenses, vision correction lenses, magnifying lenses, polarizing lenses, tinted lenses, photochromic lenses, And may be any other type of spectacle lens.

광학 렌즈(304)는 니어 아이 디스플레이(302)를 포함할 수 있다. 니어 아이 디스플레이(302)는 투과형 디스플레이(308)와 회절 마이크로 렌즈 어레이(310)를 포함할 수 있다. 실시예에서, 니어 아이 디스플레이(302)는 실제 장면으로부터 인입하는 광이, 사용자의 수정체(180)에 도달하기 전에, 투과형 디스플레이(308)와 마이크로 렌즈 어레이(310)를 통과하도록 광학 렌즈(304)에 내장 또는 부착될 수 있다.The optical lens 304 may include a near eye display 302. The near eye display 302 may include a transmissive display 308 and a diffractive microlens array 310. In an embodiment, the near-eye display 302 is configured to allow the incoming light from the actual scene to pass through the optical lens 304 to pass through the transmissive display 308 and the microlens array 310, before reaching the user & As shown in FIG.

다양한 실시예에서, 니어 아이 디스플레이(302)는 투과형 디스플레이(308)와 회절 마이크로 렌즈 어레이(310) 사이에 위치된 두 개의 기판 층들(314) 및/또는 스페이서(312)를 포함할 수 있다. 기판 층(314)은 유리, 플라스틱, 또는 당업계에 공지된 임의의 다른 적합한 투명 또는 반투명 기판일 수 있다. 스페이서(312)는 고체 스페이서(예, 유리, 플라스틱 등), 액체 스페이서(예, 액정 등), 또는 기체 스페이서(예, 공기, 산화 티탄 등)일 수 있다.The near eye display 302 may include two substrate layers 314 and / or spacers 312 positioned between the transmissive display 308 and the diffractive microlens array 310. In some embodiments, The substrate layer 314 may be glass, plastic, or any other suitable transparent or translucent substrate known in the art. The spacers 312 may be solid spacers (e.g., glass, plastic, etc.), liquid spacers (e.g., liquid crystals, etc.), or gas spacers (e.g., air, titanium oxide, etc.).

다양한 실시예에서, 니어 아이 디스플레이(302)는 스페이서(312)가 이백(200) 마이크로 미터, 백(100) 마이크로 미터, 십(10) 마이크로 미터 등의 두께를 갖도록 제조될 수 있다. 실시예에서, 니어 아이 디스플레이(302)는 약 1 밀리미터 또는 그 미만의 총 두께를 갖도록 제조될 수 있다. 실시예에서, 니어 아이 디스플레이(302)는 투과형 디스플레이(308) 및 회절 마이크로 렌즈 어레이(310) 사이의 거리가 회절 마이크로 렌즈 어레이(310)의 초점 거리와 거의 동일하도록 제조될 수 있다. 실시예에서, 니어 아이 디스플레이(302)는 마이크로 렌즈 어레이(310)의 각 마이크로 렌즈들이 픽셀과 거의 동일한 크기이도록 제조될 수 있다.In various embodiments, the near eye display 302 may be fabricated such that the spacers 312 have a thickness of 200 microns, 100 microns, 10 microns, and the like. In an embodiment, the near eye display 302 may be fabricated to have a total thickness of about 1 millimeter or less. In an embodiment, the near-eye display 302 may be manufactured such that the distance between the transmissive display 308 and the diffractive microlens array 310 is substantially the same as the focal length of the diffractive microlens array 310. In an embodiment, the near eye display 302 may be fabricated such that each microlens of the microlens array 310 is approximately the same size as the pixel.

마이크로 렌즈 어레이(310)는 위상 프로파일 및 회절 효율을 갖는, 부분적으로 회절성이고 부분적으로 투명한 회절광학 소자(DOE)일 수 있다. 실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이(310)는 약 50 %의 회절 효율을 갖도록 제조될 수 있다. 실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이(310)는 실제 장면으로부터의 광의 약 50 %가 마이크로 렌즈에 의해 영향을 받지 않고, 나머지 약 50 %의 광이 사용자의 수정체로부터 약 250mm 이상의 거리에 투과형 디스플레이(308)의 가상 이미지를 형성하게 포커싱되도록 제조될 수 있다. 실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이(310)의 회절 효율은 마이크로 렌즈 어레이(310)의 위상 프로파일에 비례할 수 있다. The microlens array 310 may be a partially diffractive and partially transparent diffractive optical element (DOE) having a phase profile and diffraction efficiency. In an embodiment, the microlens array 310 may be fabricated to have a diffraction efficiency of about 50%. In an embodiment, the microlens array 310 is configured such that approximately 50% of the light from the actual scene is unaffected by the microlenses and the remaining approximately 50% of the light is transmitted through the transmissive display 308 at a distance of approximately 250 mm or more from the user & To form a virtual image of the image. In an embodiment, the diffraction efficiency of the microlens array 310 may be proportional to the phase profile of the microlens array 310.

투과형 디스플레이(308)는 투명하거나 반투명이고 그리고/또는 조명원으로서 주변 광을 사용하는 임의의 전자 영상 디스플레이일 수 있다. 투과형 디스플레이(308)는, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED들), 표면 전도형 전자 방출 디스플레이(SED들), 전계 발광(EL) 디스플레이, 포토 루미네선스 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP들), 전계 방출 디스플레이(FED들), 나노 튜브 전계 효과 디스플레이, 마이크로 미러 디스플레이, 마이크로 전자기계(MEMS) 디스플레이, 일렉트로크로믹 디스플레이, 전기 영동 디스플레이에 관련된 기술 및/또는 현재 이용가능하거나 미래에 개발될 수 있는 다른 유사한 디스플레이 기술을 포함하는, 임의의 또는 모든 다양한 상업적으로 이용가능한 디스플레이 또는 디스플레이 기술을 포함하거나, 활용할 수 있다.The transmissive display 308 can be any electronic image display that is transparent or translucent and / or uses ambient light as an illumination source. The transmissive display 308 may be a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED), organic light emitting diodes (OLEDs), surface conduction electron emitting displays (SEDs), electroluminescent , Plasma display panels (PDPs), field emission displays (FEDs), nanotube field effect displays, micro mirror displays, microelectromechanical (MEMS) displays, electrochromic displays, electrophoretic displays, and / And may include or utilize any or all of a variety of commercially available display or display technologies, including other similar display technologies that are available or may be developed in the future.

실시예에서, 투과형 디스플레이(308)는 투과형 또는 부분 투과형 액정 디스플레이 디바이스일 수 있다. 요약하면, 액정 디스플레이(LCD)는 전기장이 인가될 때 액정의 광 반사율 및/또는 투과율이 변화하는 그 액정의 광 변조 속성을 사용하는 전자 디스플레이이다. 액정은, 투명 또는 반투명 액정 디스플레이 디바이스 내에 픽셀들을 형성하기 위해 배열될 수 있다. 액정 디스플레이는 일반적으로 광을 생성하지 않으며, 가시 이미지를 생성하기 위해 광원 또는 주변 광으로부터의 조명을 필요로 한다. 실시예에서, 투과형 디스플레이(308)는 주변 광으로부터 가시 이미지를 생성하는 액정 디스플레이일 수 있다. In an embodiment, the transmissive display 308 may be a transmissive or partially transmissive liquid crystal display device. In summary, a liquid crystal display (LCD) is an electronic display that uses the light modulation properties of the liquid crystal in which the light reflectance and / or transmittance of the liquid crystal changes when an electric field is applied. The liquid crystal may be arranged to form pixels in a transparent or semitransparent liquid crystal display device. Liquid crystal displays generally do not produce light and require illumination from a light source or ambient light to produce a visible image. In an embodiment, the transmissive display 308 may be a liquid crystal display that produces a visible image from ambient light.

도 3b는 안경에 포함시키기에 적합한 실시예의 니어 아이 디스플레이 시스템(350)의 컴포넌트들을 도시한다. 니어 아이 디스플레이 시스템(350)은 투과형 디스플레이(308), 회절 마이크로 렌즈 어레이(310), 2개의 기판 층(314) 및 스페이서(312)를 포함할 수 있다. 투과형 디스플레이(308)는, 기판 측으로부터 기판(314)에 커플링된 광원(예를 들면, LED)을 포함하는 프론트 라이트 일루미네이터(352)에 의해 조명될 수 있다. 광은 내부 전반사를 통하여 기판(314)의 내부에서 전파될 수 있으며, 기판(314) 표면 중 하나에 분포되는 작은 반사기들을 통해 LCD를 향해 반사될 수 있다. 작은 반사기들의 분포는 LCD에 균일하고 효율적인 조명을 제공하도록 설계될 수 있다.Figure 3B shows the components of the near eye display system 350 of an embodiment suitable for inclusion in spectacles. Near eye display system 350 may include a transmissive display 308, a diffractive microlens array 310, two substrate layers 314, and spacers 312. The transmissive display 308 may be illuminated by a frontlight illuminator 352 that includes a light source (e.g., an LED) coupled to the substrate 314 from the substrate side. Light can propagate inside the substrate 314 through internal total reflection and be reflected toward the LCD through small reflectors distributed on one of the substrate 314 surfaces. The distribution of small reflectors can be designed to provide uniform and efficient illumination to the LCD.

다양한 실시예에서, 투과형 디스플레이(308)는 프론트 라이트를 포함하지 않거나, 부분 프론트 라이트를 포함하거나 또는 전면 기판으로부터 액정 디스플레이를 조명하는 프론트 라이트를 포함하는 액정 디스플레이일 수 있다. In various embodiments, the transmissive display 308 may be a liquid crystal display that does not include a front light, includes a partial front light, or includes a front light that illuminates a liquid crystal display from a front substrate.

실시예에서, 투과형 디스플레이(308)는, 이를테면, 액정 디스플레이에 가시 이미지를 생성하도록 조명 원으로서 발광 다이오드(LED)들을 사용하는 전자 디스플레이일 수 있다. 실시예에서, 투과형 디스플레이(308)는 부분 투과형 LED 디스플레이일 수 있다. In an embodiment, the transmissive display 308 can be, for example, an electronic display that uses light emitting diodes (LEDs) as an illumination source to produce a visible image on a liquid crystal display. In an embodiment, the transmissive display 308 may be a partially transmissive LED display.

발광 다이오드는 가시 이미지를 생성하기 위해 그리고/또는 디스플레이 디바이스에 대한 전면 광으로서 사용될 수 있는 반도체 광원이다. 발광 다이오드는 p-n 접합을 생성하기 위해 불순물들로 도핑된 반도체 재료를 일반적으로 포함한다. 전압 또는 전류가 발광 다이오드에 인가될 때, 전자와 정공(즉, 전하-캐리어)은 전극들(즉, 양극과 음극)로부터 p-n 접합으로 흐른다. 전자가 정공을 만날 경우, 전자는 광자의 방출을 통해 에너지를 릴리스하고 가시 광선을 생성한다. The light emitting diode is a semiconductor light source that can be used to generate a visible image and / or as front light for a display device. Light emitting diodes generally comprise a semiconductor material doped with impurities to produce a p-n junction. When a voltage or current is applied to the light emitting diode, electrons and holes (i.e., charge-carriers) flow from the electrodes (i.e., the anode and cathode) to the p-n junction. When electrons meet holes, electrons release energy through the emission of photons and produce visible light.

실시예에서, 투과형 디스플레이(308)는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이일 수 있다. 기존의 발광 다이오드들에서, 반도체 재료는 통상적으로 다양한 무기 재료들(예를 들면, InGaN, GaP, GaN, 형광체 등)로부터 형성된다. 유기 발광 다이오드(OLED)는 유기 반도체 물질이 두 전극들(즉, 양극과 음극) 사이에 위치하는 발광 다이오드이며, 이 전극들 모두는 기판(예, 유리, 플라스틱, 호일, 등) 상에 배치될 수 있다. OLED 디스플레이는 백라이트를 필요로 하지 않고, 가시 이미지를 생성하지 않을 경우(예를 들어, off 상태일 때), 완전히 투명하거나 반투명일 수 있으며, 상당한 양의 전력을 소모하지 않는다. OLED들은 각종 기판들 상에 인쇄될 수 있으며, 액정 표시 기술과 함께 또는 이와 독립적으로 사용될 수 있다. In an embodiment, the transmissive display 308 may be an organic light emitting diode (OLED) display. In conventional light emitting diodes, semiconductor materials are typically formed from a variety of inorganic materials (e.g., InGaN, GaP, GaN, phosphors, etc.). An organic light emitting diode (OLED) is a light emitting diode in which an organic semiconductor material is located between two electrodes (i.e., an anode and a cathode), all of which are disposed on a substrate (e.g., glass, plastic, foil, . OLED displays can be completely transparent or translucent and do not consume significant amounts of power when they do not require a backlight and do not produce a visible image (e.g., when off). OLEDs can be printed on various substrates and can be used independently or in conjunction with liquid crystal display technology.

참조의 편의를 위해, 본 출원 전반에 걸쳐, 액정 디스플레이(LCD)는 투과형 디스플레이(408)에 의해 사용되는 예시적인 기술로서 사용된다. 그러나, 본 출원에서 LCD 용어의 사용은 단지 예시의 목적임을 유의해야 하며, 청구 범위에 의해 명시적으로 기재되지 않으면, 청구 범위를 특정 기술로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. For ease of reference, throughout the present application, a liquid crystal display (LCD) is used as an exemplary technique used by the transmissive display 408. It should be borne in mind, however, that the use of LCD terms in this application is for the purpose of illustration only and is not to be construed as limiting the claim to a specific technology unless explicitly stated by the claims.

도 4-7은 실제 장면으로부터의 광 및 전자 디스플레이로부터 생성된 광이 인간의 망막에 동시에 포커싱되도록 구성된 실시예의 니어 아이 디스플레이(400)에서의 광 경로를 도시한다. 도 4-7에 도시된 예들에서, 니어 아이 디스플레이(400)은 투과형 디스플레이(308), 스페이서(312), 및 회절형 마이크로 렌즈 어레이(310)를 포함한다. 마이크로 렌즈 어레이(310)는 렌즈 광선 경로로 인입하는 광의 일정 비율(예, 약 50 % 등)을 회절하도록 제조된 부분 회절형 및 부분 투명 회절형 광학 엘리먼트(DOE)일 수 있다. 4-7 illustrate the light path in the near eye display 400 of an embodiment configured to simultaneously focus the light from the real scene and the light generated from the electronic display to the human retina. 4-7, the near eye display 400 includes a transmissive display 308, a spacer 312, and a diffractive microlens array 310. The transmissive display 308, The microlens array 310 may be a partially diffractive and partially transparent diffractive optical element (DOE) fabricated to diffract a certain fraction (e.g., about 50%, etc.) of light entering the lens optical path.

실시예에서, 니어 아이 디스플레이(302)는 투과형 디스플레이(308)와 회절 마이크로 렌즈 어레이(310) 사이의 거리가 회절 마이크로 렌즈 어레이(310)의 초점 거리와 거의 동일하도록 제조될 수 있다. 실시예에서, 니어 아이 디스플레이(400)는 각각의 픽셀(또는 픽셀들의 그룹)(410)로부터 방출되는 광의 약 오십(50) 퍼센트가 회절되고 망막(182) 상의 초점에 콜리메이팅되도록 제조될 수 있다. 실시예에서, 니어 아이 디스플레이(302)는 망막(182)에 포커싱된 광의 비율이 마이크로 렌즈 어레이(310)의 회절 효율에 비례하도록 제조될 수 있다. The near-eye display 302 may be manufactured such that the distance between the transmissive display 308 and the diffractive microlens array 310 is approximately equal to the focal length of the diffractive microlens array 310. [ In an embodiment, near eye display 400 may be fabricated such that about fifty (50) percent of the light emitted from each pixel (or group of pixels) 410 is diffracted and collimated to focus on retina 182 . In an embodiment, the near-eye display 302 can be manufactured such that the ratio of the light focused on the retina 182 is proportional to the diffraction efficiency of the microlens array 310.

도 4는 실제 장면으로부터의 광(412)이 투과형 디스플레이(308)의 투명한 부분을 통해 마이크로 렌즈 어레이(310)로 변경되지 않고 통과하는 것을 도시한다. 투과형 디스플레이(308)의 투명한 부분을 통해 변경되지 않고 통과하는 실제 장면으로부터의 광(412)의 제 1 비율(예, 50%)은 마이크로 렌즈 어레이(310)에 의해 회절되고, 실제 장면으로부터의 광(412)의 제 2 비율(예를 들면, 50%)은 마이크로 렌즈 어레이(310)에 의해 회절되지 않는다. 니어 아이 디스플레이(400)는 회절된 광(416)이 망막 상의 초점을 벗어나고, 인간의 망막(182)에 의해 산란 광 또는 배경 잡음으로 무시되도록 제조될 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이(310)에 의해 회절되지 않은 실제 장면으로부터의 광(412)(즉, 비회절광(406))은 통상의 방식으로 수정체에 의해 망막(182)에 포커싱된다. 4 shows that light 412 from the real scene passes through the transparent portion of the transmissive display 308 without changing to the microlens array 310. [ A first percentage (e.g., 50%) of light 412 from the real scene passing unaltered through the transparent portion of the transmissive display 308 is diffracted by the microlens array 310, (E.g., 50%) of the second lens array 412 is not diffracted by the microlens array 310. Near eye display 400 can be fabricated such that diffracted light 416 is out of focus on the retina and is neglected by the human retina 182 as scattered light or background noise. Light 412 (i.e., undiffracted light 406) from the actual scene that is not diffracted by the microlens array 310 is focused on the retina 182 by the lens in a conventional manner.

LCD가 투과형 디스플레이(308)로서 사용되고 주변 광이 조명원으로서 사용하는 경우, 오프 상태의 픽셀은 투명할 수 있는 반면, 온 상태의 픽셀은 디스플레이를 통과하는 주변 광을 차단하거나 부분적으로 차단한다. 이 구성에 있어서, 정보를 표시하지 않는 LCD 픽셀들의 대부분은 투명하고 실제 장면을 착용자가 볼 수 있게 하는 반면, 소량의 픽셀 디스플레이 이미지(예를 들면, 텍스트 등)는 장면에 대한 정보(예를 들면, 지도 방향 등)를 제공하기 위해 실제 장면에 병합되게 보인다.When the LCD is used as the transmissive display 308 and ambient light is used as an illumination source, the pixels in the off state may be transparent while the pixels in the on state block or partially block the ambient light passing through the display. In this configuration, most of the LCD pixels that do not display information are transparent and make the actual scene visible to the wearer, while a small amount of pixel display image (e.g., text, etc.) , Direction of the map, etc.).

도 5는 투과형 디스플레이(308)의 조명원(예를 들면, LED 등)에 전원이 인가되고 그리고/또는 픽셀들(410)이 온 상태가 되는 경우, 광이 LED로부터 방출되거나 LCD를 통해 감소된 광이 투과형 디스플레이(308)의 픽셀들(410)을 통해 마이크로 렌즈 어레이(310)로 이동하는 것을 도시한다. 투과형 디스플레이(308)로부터 방출된 광(408)의 제 1 비율(예를 들어, 약 50 %)은 마이크로 렌즈 어레이(310)에 의해 회절되고(즉, 회절광(404)), 투과형 디스플레이(308)로부터 방출된 광(408)의 제 2 비율(예, 약 50%)은 마이크로 렌즈 어레이(310)에 의해 회절되지 않는다(즉, 비회절광(405)). 니어 아이 디스플레이(400)는 회절광(404)이 콜리메이팅되고 이어 수정체(180)에 의해 망막(182)에 포커싱되도록 제조될 수 있고, 비회절광(405)이 인간의 망막(182)에 산란 광 또는 배경 잡음으로 무시될 수 있도록 비회절광(405)은 초점을 벗어나 통과된다. 이는, 투과형 디스플레이(308)와 회절 마이크로 렌즈 어레이(310) 사이의 거리가 회절 마이크로 렌즈 어레이(310)의 초점 거리와 거의 동일하도록 니어 아이 디스플레이(302)를 제조함으로써 달성될 수 있다. Figure 5 illustrates an example in which when light is applied to an illumination source (e.g., an LED, etc.) of the transmissive display 308 and / or when pixels 410 are turned on, Showing that light travels through the pixels 410 of the transmissive display 308 to the microlens array 310. (E.g., about 50%) of the emitted light 408 from the transmissive display 308 is diffracted (i.e., diffracted light 404) by the microlens array 310 and transmitted through the transmissive display 308 (E.g., about 50%) of the emitted light 408 from the second lens array (not shown) is not diffracted by the microlens array 310 (i.e., undiffracted light 405). Near eye display 400 can be fabricated such that diffracted light 404 is collimated and then focused by retina 180 onto retina 182 and undiffracted light 405 is scattered on human retina 182 The undiffracted light 405 is passed out of focus so that it can be ignored as light or background noise. This can be achieved by manufacturing the near eye display 302 such that the distance between the transmissive display 308 and the diffractive microlens array 310 is substantially equal to the focal distance of the diffractive microlens array 310.

도 6은 실제 장면으로부터의 비회절광(406) 및 투과형 디스플레이(308)로부터의 회절광(404)이 인간의 망막(182)에 동시에 포커싱되는 것을 도시한다. 상술한 바와 같이, 투과형 디스플레이(308)의 투명한 부분을 통해 변경되지 않고 통과하고, 마이크로 렌즈 어레이(310)에 의해 회절되지 않는 실제 장면으로부터의 광(412)(즉, 비회절광(406))은 자연스럽게 콜리메이팅되는데, 그 이유는 광원이 무한대에 있기 때문이며; 광은 이어서 통상적인 방식으로 수정체(180)에 의해 망막(182)에 포커싱된다. 상술한 바와 같이, 니어 아이 디스플레이(400)는 투과형 디스플레이(308)로부터 방출되고 마이크로 렌즈 어레이(310)에 의해 회절된 광(408)(즉, 회절광(404))이 마이크로 렌즈(310)에 의해 콜리메이팅되고 이어서 수정체(180)에 의해 망막(182)에 포커싱되도록 제조될 수 있다. 실시예에서, 니어 아이 디스플레이(400)는, 디스플레이 픽셀이 눈으로부터 약 250mm 이상의 거리에 가상 이미지를 형성하는 것이 가능한 방식으로 투과형 디스플레이(308)로부터 방출되고 마이크로 렌즈 어레이(310)에 의해 회절된 광(408)이 망막(182)에 포커싱되도록 제조될 수 있다. 6 shows that undiffracted light 406 from the real scene and diffracted light 404 from the transmissive display 308 are focused on the human retina 182 at the same time. As described above, light 412 (i.e., undiffracted light 406) from an actual scene that passes unaltered through the transparent portion of transmissive display 308 and is not diffracted by microlens array 310, Is naturally collimated because the light source is at infinity; The light is then focused on retina 182 by lens 180 in a conventional manner. As described above, the near-eye display 400 is configured such that light 408 (i.e., diffracted light 404) emitted from the transmissive display 308 and diffracted by the microlens array 310 is incident on the microlens 310 And then focused on the retina 182 by the lens 180. [0040] In an embodiment, the near eye display 400 is configured to emit light from the transmissive display 308 and diffracted by the microlens array 310 in such a manner that the display pixels can form a virtual image at a distance of about 250 mm or more from the eye (408) is focused on the retina (182).

도 7은 실제 장면으로부터의 회절광(416) 및 투과형 디스플레이(308)로부터의 비회절광(405)이 망막(182)에 포커싱되지 않고 그리고/또는 산란광 또는 배경 잡음으로 인간의 두뇌에 의해 무시되는 것을 도시한다. 즉, 투과형 디스플레이(308)와 회절 마이크로 렌즈 어레이(310) 사이의 거리(예를 들어, 대략 회절 마이크로 렌즈 어레이(310)의 초점 거리와 동일함)로 인해, 회절광(416)이 배경 잡음으로 망막에 의해 무시 될 수 있도록 회절광(416)은 초점을 벗어나 회절된다. 마찬가지로, 수정체(180)에 대한 투과형 디스플레이(308)의 근접성으로 인해, 투과형 디스플레이(308)에서 기원하는 비회절광(405)은 또한 초점을 벗어나고, 그리고/또는 망막(182)에 의해 배경 잡음으로 무시된다.7 shows that diffracted light 416 from the real scene and undiffracted light 405 from the transmissive display 308 are not focused on the retina 182 and / or are ignored by the human brain with scattered light or background noise Lt; / RTI > That is, due to the distance between the transmissive display 308 and the diffractive microlens array 310 (e.g., approximately the same as the focal length of the diffractive microlens array 310), the diffracted light 416 becomes a background noise The diffracted light 416 is diffracted out of focus so that it can be ignored by the retina. Similarly, due to the proximity of the transmissive display 308 to the lens 180, the undiffracted light 405 originating from the transmissive display 308 may also be out of focus and / or as background noise by the retina 182 Ignored.

다양한 실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이(310)의 회절 효율은 다양한 깊이를 갖는 복수의 편차 및/또는 특정 위상 프로파일을 갖도록 마이크로 렌즈 어레이(310)를 제조함으로써 제어될 수 있으며, 마이크로 렌즈 어레이의 주파수 및 크기는 회절되고 그리고/또는 망막(182)에 포커싱되는 광의 비율을 제어할 수 있다. 실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이(410)는, 디스플레이 픽셀이 눈으로부터 약 250mm 이상의 거리에 가상 이미지를 형성하는 것이 가능한 방식으로, 디스플레이 픽셀로부터의 다른 ~50%의 광이 거의 콜리메이팅되도록 형상화될 수 있다. In various embodiments, the diffraction efficiency of the microlens array 310 can be controlled by fabricating the microlens array 310 to have a plurality of deviations and / or a specific phase profile with various depths, The size can be diffracted and / or the ratio of light focused on the retina 182 can be controlled. In an embodiment, the microlens array 410 can be shaped such that another ~ 50% of the light from the display pixels is nearly collimated, in such a way that the display pixels can form a virtual image at a distance of about 250 mm or more from the eye have.

실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이(310)는, 실리콘 칩 제조에 사용되는 것과 유사하게 리소그래피 방법을 이용하여 유리 기판 상에 제조될 수 있다. 이 실시예에서, 아주 작은 렌즈들은 유리 표면 상에 위상 프로파일을 전송하기 위해 에칭과 같은 식각 프로세스 이전에 포토 리소그래피를 사용한 선택적 에칭에 의해 유리 기판에 형성될 수 있다. 포토 리소그래피 기술이 마이크로 렌즈 어레이(310)의 작은 렌즈 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 렌즈 구조는 각 렌즈의 표면적의 약 50%를 커버하는 작은 렌즈를 포함할 수 있는 한편, 표면 영역의 나머지 부분은 광이 회절되지 않고 렌즈를 통과할 수 있게 형성될 수 있다.In an embodiment, the microlens array 310 can be fabricated on a glass substrate using lithography methods similar to those used for silicon chip fabrication. In this embodiment, very small lenses may be formed on the glass substrate by selective etching using photolithography prior to an etch process, such as etching, to transfer the phase profile on the glass surface. Photolithography techniques may be used to form the small lens structure of the microlens array 310. [ The lens structure may include a small lens that covers about 50% of the surface area of each lens while the remainder of the surface area may be formed so that light can pass through the lens without being diffracted.

실시예에서, 포토 리소그래피 기술에 의해 제조된 마이크로 렌즈 어레이의 마이크로 구조는 각 렌즈의 표면 영역의 약 100%를 커버할 수 있는 한편, 각 렌즈의 회절 효율은 약 50%이다. 이 구성에 있어서, 인입하는 광의 50%가 회절될 것이고, 인입하는 광의 50%는 회절되지 않을 것이다. 이와 같이, 디스플레이 픽셀들로부터의 광의 50% 및 실제 장면으로부터의 광의 50%는 동시에 망막에 포커싱될 것이다.In an embodiment, the microstructure of the microlens array fabricated by the photolithographic technique can cover about 100% of the surface area of each lens while the diffraction efficiency of each lens is about 50%. In this configuration, 50% of the incoming light will be diffracted and 50% of the incoming light will not be diffracted. As such, 50% of the light from the display pixels and 50% of the light from the real scene will be simultaneously focused on the retina.

실시예에서, 마이크로 렌즈 및/또는 마이크로 렌즈 어레이(310)는 홀로 그래픽 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 마이크로 렌즈 및/또는 마이크로 렌즈 어레이(310)는 인접한 렌즈들 사이의 이미지 크로스 토크(cross-talk)를 제거하면서, 망막에 전자 이미지를 포커싱하도록 제작된 볼륨 홀로 그래픽 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 볼륨 홀로그램 마이크로 렌즈들은 마이크로 렌즈 어레이의 이들의 짝(companion) 렌즈 엘리먼트와 연관된 픽셀들로부터의 광만이 회절되고, 인접 픽셀들로부터의 광이 브래그 조건을 만족하지 않고 회절되지 않도록 제조될 수 있다. 실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이(310)는 두 파의 코히어런트 간섭을 통한 홀로그램 기록 방법을 통해 제조된 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다. In an embodiment, the microlenses and / or microlens array 310 may be fabricated using a holographic method. The microlens and / or microlens array 310 may include a volume holographic microlens fabricated to focus an electronic image on the retina, eliminating image cross-talk between adjacent lenses. For example, volume hologram microlenses may be fabricated such that only light from pixels associated with these companion lens elements of the microlens array is diffracted and light from adjacent pixels is not diffracted without satisfying Bragg conditions . In an embodiment, the microlens array 310 may be a hologram microlens array fabricated through a hologram recording method through coherent interference of two waves.

실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이(310)는 두 파의 코히어런트 간섭을 통한 홀로그램 기록 방법을 통해 제조된 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이일 수 있다. 실시예에서, 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이(310)는 광학 회절광학 엘리먼트를 생성하기 위해 홀로 그래픽 매체, 예를 들면, 광 중합체 필름에 홀로그램을 기록함으로써 제조될 수 있다. 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이(310)의 회절 효율은 정밀한 굴절률 변조를 달성하기 위해 광 중합체의 노출 시간을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 홀로그램 마이크로 렌즈는 투과형 디스플레이(308)의 후면에 적용될 수 있는 광 중합체 필름 상에 제조될 수 있다. 실시예에서, 광 중합체 필름은 두께가 약 10 마이크로 미터와 약 30 마이크로 미터 사이일 수 있다. 실시예에서, 광 중합체 필름은 두께가 약 10 마이크로 미터 미만일 수 있다. In an embodiment, the microlens array 310 may be a hologram microlens array fabricated through a hologram recording method through coherent interference of two waves. In an embodiment, the hologram microlens array 310 can be fabricated by recording a hologram in a holographic medium, e.g., a photopolymer film, to produce an optical diffraction optical element. The diffraction efficiency of the hologram microlens array 310 can be controlled by varying the exposure time of the photopolymer to achieve precise refractive index modulation. The hologram microlens may be fabricated on a photopolymer film that may be applied to the back side of the transmissive display 308. In an embodiment, the photopolymer film can be between about 10 micrometers in thickness and about 30 micrometers in thickness. In embodiments, the photopolymer film may be less than about 10 microns in thickness.

도 8은 실시예의 니어 아이 디스플레이에 사용하기에 적합한 회절 패턴을 갖는 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이(802)를 기록하는 것에 대한 도면이다. 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이(802)는, 두 경로 -투과형 디스플레이가 사진 필름(804)과 관련될 곳에 위치된 포인트들로부터 유래하는 하나의 경로 및 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이로부터 거리가 250mm 이상인 소스(예를 들어, 실제 장면)로부터의 다른 하나의 경로- 를 따르는 레이저로부터의 광에 사진 필름(804)을 노출시킴으로써 제조될 수 있다. 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이(802)는 이들 두 소스들(즉, 투과형 디스플레이 및 소스)로부터의 광파가, 사진 필름에 기록될 때 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이(802)의 형태로 홀로그램 광학 엘리먼트를 생성하는 회절 패턴을 형성하도록 제조될 수 있다. 8 is a diagram for recording a hologram microlens array 802 having a diffraction pattern suitable for use in a near eye display of an embodiment. The hologram microlens array 802 includes one path that originates from points located where the two path-transmissive displays will be associated with the photographic film 804, and a source from which the distance from the hologram microlens array is 250 mm or more (e.g., Lt; / RTI > to the light from a laser that follows the other path from the source (e.g., the real scene). The hologram microlens array 802 is configured such that the light waves from these two sources (i.e., the transmissive display and the source) are diffracted to produce a hologram optical element in the form of a hologram microlens array 802 . ≪ / RTI >

실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이(310)는 홀로그램 인쇄 기법을 이용하여 제조될 수 있다. 홀로 그래픽 프린터는 간섭 프린지 패턴이 도 8에 도시된 두 파들의 간섭에 대응하는 것을 계산할 수 있으며, 광에 노출된 후 굴절률을 변경시킬 감광 재료에 포커싱된 빔(또는 빔들)으로 프린지를 기록한다.In an embodiment, the microlens array 310 may be fabricated using a hologram printing technique. The holographic printer can calculate that the interference fringe pattern corresponds to the interference of the two waves shown in Figure 8 and records the fringe with the focused beam (or beams) on the photosensitive material that will change the index of refraction after exposure to light.

도 9는 홀로그램(802) 근처의 기록 파의 초점 또는 초점 포인트에 위치된 디스플레이 픽셀(410)로부터의 광이 사진 필름(802)에 충돌할 경우, 이미지가 수정체(180)로부터 250mm보다 멀리 있게 보이도록 그리고/또는 무한대로 포커싱되면서 눈이 이미지를 볼 수 있도록 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이(802)가 픽셀(410)의 가상 이미지를 형성할 수 있음을 도시한다. 9 shows that when light from a display pixel 410 located at the focal point or focus point of the recording wave near hologram 802 collides against photographic film 802, the image looks more than 250 mm away from lens 180 Hologram microlens array 802 can form a virtual image of pixel 410 so that the eye can see the image as it is being focused and / or infinitely focused.

주변 픽셀로부터의 광이 브래그 미스매치로 인한 가상 이미지 파를 복원할 수 없을 것이기 때문에, 마이크로 렌즈 어레이로서 볼륨 홀로그램을 포함하는 장점들 중 하나는 픽셀 크로스 토크를 제거할 수 있는 볼륨 홀로그램의 능력이다. 회절광학 렌즈는 망막의 화질에 영향을 미칠 색수차와 연관될 수 있다. 수차가 (고정 F 번호를 갖는) 렌즈의 초점 거리에 선형적으로 비례하기 때문에, 렌즈의 크기가 작은 경우, 수차는 현저하게 감소될 수 있다. One of the advantages of including volume holograms as microlens arrays is the ability of volume holograms to eliminate pixel crosstalk, since light from neighboring pixels will not be able to reconstruct virtual image waves due to Bragg mismatch. Diffractive optical lenses can be associated with chromatic aberrations that affect the quality of the retina. Since the aberration is linearly proportional to the focal length of the lens (having a fixed F number), when the size of the lens is small, the aberration can be remarkably reduced.

다양한 실시예에서, 홀로그램 마이크로 렌즈 어레이(802)는 색수차를 제거할 수 있는 협대역 응답을 갖는 회절광학 렌즈일 수 있다. 실시예에서, 마이크로 렌즈 어레이는 좁은 스펙트럼 대역으로부터의 광이 홀로그램으로 "보이고" 망막에 선명한 이미지를 형성하기 위해 회절되는 충분히 좁은 대역 회절 렌즈를 포함하도록 제조될 수 있는 반면, 스펙트럼 대역 밖의 광은 홀로그램으로 "보이지" 않고 영향을 받지 않을 것이다. 이러한 회절 렌즈는 볼륨 홀로그램으로 만들어질 수 있다. In various embodiments, the hologram microlens array 802 may be a diffractive optical lens with a narrowband response capable of eliminating chromatic aberration. In an embodiment, the microlens array may be fabricated to include a sufficiently narrow band diffractive lens in which light from a narrow spectral band is "seen" in the hologram and is diffracted to form a sharp image in the retina, while light outside the spectral band, And will not be affected. Such a diffractive lens can be made of a volume hologram.

다양한 실시예에서, 니어 아이 디스플레이는, 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 시스템의 일부(예를 들어, 헬멧, 안경 등)로서 포함될 수 있으며, 이는 단일 디바이스(예를 들어, 안경)에 프로세서, 메모리, 디스플레이 및/또는 카메라를 포함할 수 있거나 또는 모바일 디바이스 프로세서(예를 들면, 휴대 전화의 프로세서, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰 등)에 대한 액세서리로서 동작하도록 구성될 수 있다. In various embodiments, the near eye display may be included as part of a head mounted display (HMD) system (e.g., a helmet, glasses, etc.) And / or a camera, or it may be configured to operate as an accessory to a mobile device processor (e.g., a processor of a mobile phone, a tablet computer, a smartphone, etc.).

도 10은 실시예의 헤드 장착 디스플레이(HMD) 시스템(1000)의 예시적인 컴포넌트들을 도시한다. 헤드 마운트 디스플레이 시스템(1000)은 이동 디바이스(1020)에 대한 액세서리로서 동작하도록 구성된 안경(1010)을 포함한다. 안경(1010)은 니어 아이 디스플레이(302)를 구비한 광학 렌즈(1002), 및 모바일 디바이스(1020)로 그리고 이로부터 정보를 송신 및/또는 수신하기 위한 무선 라디오(1004) 및/또는 무선 인터페이스 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 니어 아이 디스플레이 시스템(1000)은 또한 하나 이상의 센서들(1006), 이를테면, 카메라, 마이크로폰, 아이 트래킹 컴포넌트, 가속도계, 자이로 스코프, 자기 센서, 광학 센서, 기계 또는 전자 레벨 센서, 관성 센서, 전자 컴퍼스, 및 현대의 모바일 전자 장치들에 포함될 수 있는 다른 공지 된 센서들을 포함할 수 있다, 센서(1006)로부터 수집된 정보는 무선 라디오(1004)를 통해 안경(1010)에 결합된 이동 디바이스(1020)로 전송될 수 있다. 10 illustrates exemplary components of a head mounted display (HMD) system 1000 of an embodiment. The head-mounted display system 1000 includes glasses 1010 configured to act as an accessory to the mobile device 1020. The glasses 1010 include an optical lens 1002 with a near eye display 302 and a wireless radio 1004 and / or wireless interface for transmitting and / or receiving information to and from the mobile device 1020 and / / RTI > and / or circuitry. Near eye display system 1000 also includes one or more sensors 1006 such as a camera, microphone, eye tracking component, accelerometer, gyroscope, magnetic sensor, optical sensor, mechanical or electronic level sensor, inertial sensor, electronic compass, And other known sensors that may be included in modern mobile electronic devices. Information collected from the sensor 1006 may be transmitted to the mobile device 1020 coupled to the glasses 1010 via the wireless radio 1004 Lt; / RTI >

다양한 실시예에서, 센서(1006)는 사용자의 환경(예를 들면, 방 등)으로부터 정보(예를 들면, 광, 물체들의 위치 등)를 스캐닝 또는 수집하기 위한 하나 이상의 센서들, 사용자의 환경에 존재하는 다양한 물체까지의 거리를 측정하도록 구성된 거리 측정 센서들(예를 들면, 레이저 또는 소닉 레인지 파인더), 사용자 입력을 검출하는 센서들, (예를 들면, 중력의 방향을 감지함으로써) 니어 아이 디스플레이(302)의 상/하/수평 방향, 사용자의 머리의 위치/방향(및 해당 뷰잉 관점에서), 및/또는 좌/우 방향과 움직임에 관한 정보를 수집하도록 구성된 센서들을 포함할 수 있다. 실시예에서, 센서(1006)는, 사용자 입력, 이를테면, 발성 음성 명령, 제스처(예를 들어, 손 움직임), 안구 움직임 및 모바일 디바이스(1020)에 의해 인식될 때, 이러한 디바이스가 특정 또는 대응하는 명령 또는 동작을 실행하게 할 수 있게 하는 다른 형태의 입력들을 검출하도록 구성된 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다. In various embodiments, the sensor 1006 may include one or more sensors for scanning or collecting information (e.g., light, location of objects, etc.) from the user's environment (e.g., a room, etc.) Distance measuring sensors (e.g., laser or sonic range finder) configured to measure distances to various existing objects, sensors that detect user input, near-eye displays (e.g., by sensing the direction of gravity) (E.g., from a viewpoint viewpoint), and / or left / right direction and movement of the user's head, the top / bottom / horizontal orientation of the user's head 302, the head position / orientation of the user's head. In an embodiment, the sensor 1006 is configured to determine whether such a device is capable of receiving a user input, such as a vocal voice command, a gesture (e.g., hand movement), an eye movement, Instructions, or other types of inputs that enable the computer to execute commands or operations.

실시예에서, 센서들(1006)은 니어 아이 디스플레이(302)에 대한 사용자의 눈의 위치를 추적하도록 구성된 안구 트래킹 컴포넌트를 포함할 수 있다. 안구 트래킹 컴포넌트는, 모바일 디바이스 프로세서(1012)가 사용자의 눈의 위치에 대해 그리고/또는 사용자 시선에 존재하는 실제 이미지들에 기초하여 니어 아이 디스플레이(302) 상에 디스플레이하기 위한 이미지들을 생성할 수 있도록 모바일 디바이스(1020)와 통신할 수 있다. 안구 트래킹 컴포넌트는, 또한 사용자 입력의 소스로서 안구 움직임(깜박거림, 왼쪽 움직임, 오른쪽 움직임, 상향 움직임, 하향 움직임 등)을 검출할 수 있고, 검출된 사용자 입력을 모바일 디바이스(1020)에 통신할 수 있다. 실시예에서, 안구 트래킹 컴포넌트는 사용자의 눈의 이미지를 획득하도록 구성될 수 있으며, 안와 내의 눈동자의 위치를 결정할 수 있다. In an embodiment, the sensors 1006 may include an eye tracking component configured to track the position of the user ' s eye relative to the near eye display 302. [ The eye tracking component may be configured to allow the mobile device processor 1012 to generate images for display on the near eye display 302 based on the actual images present on the user ' s eye position and / And may communicate with the mobile device 1020. The eye tracking component can also detect eye movements (flicker, left motion, right motion, upward motion, downward motion, etc.) as a source of user input and can communicate detected user input to mobile device 1020 have. In an embodiment, the eye tracking component may be configured to obtain an image of the user's eye and may determine the location of the pupil in the orbit.

실시예에서, 센서들(1006)은, 무선 라디오(1004)를 통해 모바일 디바이스(1020)로 통신될 수 있는 사용자 구두 입력 또는 명령어를 포착하기 위한 마이크로폰을 포함할 수 있다. 프로세서(1012)는 마이크로폰으로부터의 오디오 신호를 수신할 수 있고, 음성 인식 프로세스/기술을 이용하여 수신된 오디오 신호를 처리할 수 있다. 실시예에서, 프로세서(1012)는 음성 명령을 인식하기 위해 메모리에 저장된 하나 이상의 명령들의 오디오 패턴들과 수신된 오디오 신호를 비교하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(1012)는 몇몇 미리 결정된 명령 워드들을 위한 오디오 입력을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1012)는, 프로세서가 특정한 미리 정의된 음성 명령 또는 미리 정의된 주의 명령에 의해 진행된 명령들(예를 들어, "컴퓨터" 또는 "실행" 등)에만 응답하도록 수신된 오디오에 검출 알고리즘을 적용하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1012)는, 명령 입력으로서 이러한 구어를 인식하고, 그리고 니어 아이 디스플레이(302) 상에 디스플레이되는 이미지들을 업데이트하도록 대응하는 동작들을 구현하도록 구성될 수 있다. In an embodiment, the sensors 1006 may include a microphone for capturing user verbal input or commands that may be communicated to the mobile device 1020 via the wireless radio 1004. The processor 1012 can receive the audio signal from the microphone and process the received audio signal using a speech recognition process / technique. In an embodiment, the processor 1012 may be configured to compare the received audio signal with the audio patterns of one or more instructions stored in memory to recognize the voice command. For example, processor 1012 may be configured to monitor audio input for some predetermined command words. Processor 1012 may apply a detection algorithm to the received audio such that the processor responds only to commands (e.g., "computer" or "executable") that are advanced by a particular predefined voice command or predefined caution command . The processor 1012 can be configured to recognize these spoken words as command inputs and to implement corresponding actions to update the images displayed on the near eye display 302. [

실시예에서, 헤드 마운팅 디스플레이 시스템(1000)의 주된 프로세싱은 모바일 디바이스(1020)의 프로세서(1012) 상에서 수행될 수 있다. 실시예에서, 프로세서(1012)는 (예를 들어, 스테레오 이미지들의 삼각 분석을 통해) 물체들까지의 거리를 추정하고, 안면 인식 작업들을 수행하고, 로고들을 식별하고, 키워드 또는 사진 검색을 수행하는 등을 위해 센서들(1006)(예를 들어, 카메라)에 의해 캡쳐 된 이미지들을 분석하는 것과 같은 다양한 이미지 처리 및 데이터 분석 작업들을 수행하도록 구성될 수 있다. In an embodiment, the main processing of the head mounted display system 1000 may be performed on the processor 1012 of the mobile device 1020. In an embodiment, the processor 1012 may estimate the distance to objects (e.g., via triangulation of stereo images), perform facial recognition tasks, identify the logos, perform a keyword or photo search Such as analyzing images captured by the sensors 1006 (e.g., a camera), for example, as shown in FIG.

실시예에서, 프로세서(1012)는 니어 아이 디스플레이(302)에 디스플레이하기 위한 가상 물체를 생성하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1012)는 가상 물체의 디스플레이 위치에 대응하는, 센서(1006)에 대한 거리 및 방향을 포함하는 디스플레이 관련 파라미터들을 계산하도록 구성될 수 있다. 가상 물체는 예를 들어, 텍스트, 그래픽, 이미지 및 3D 모양을 포함하는, 임의의 가상 물체일 수 있다. 니어 아이 디스플레이(302) 상에 프리젠팅되는 경우, 가상 물체와의 사용자의 상호 작용을 가능하게 하고 그리고/또는 증강 현실의 경험을 생성할 수 있도록 가상 물체는 주위의 환경 내의 지정된 위치들에/상에 포지셔닝될 수 있다. 센서들(1006)은, 제스처 컨트롤, 터치 조작, 가상 물체의 강조 부분 등을 통해 가상 물체 및 디지털 자산(예를 들어, 문서, 사진, 동영상 등)과 자연스러운 상호 작용들을 가능하게 할 수 있다. 인식할 수 있는 제스처들은, 포킹, 패팅, 탭핑, 푸싱, 가이딩, 플릭킹, 터닝, 회전, 글래빙 및 풀링, 이미지들을 패닝하고, 드로잉(예를 들어, 핑거 페인팅), 손가락들로 형상들을 형성(예를 들어, "OK" 기호) 및 스와이핑들을 하기 위해 손바닥을 펼친 두 손을 포함하는 제스쳐들을 인식하기 위해 움직임 데이터 또는 패턴들을 저장하는 제스처 사전 형태로 저장 또는 구성될 수 있으며, 이들 모두는 생성된 디스플레이의 가상 물체의 외관상의 위치에서, 이와 근접하게 또는 이의 방향(사용자와 관련함)을 어드레싱하여 달성될 수 있다. In an embodiment, the processor 1012 may be configured to generate a virtual object for display on the near eye display 302. The processor 1012 may be configured to calculate display related parameters, including the distance and direction to the sensor 1006, corresponding to the display position of the virtual object. The virtual object may be any virtual object, including, for example, text, graphics, images, and 3D shapes. When presented on the near eye display 302, the virtual object is moved to a designated location within the surrounding environment / to allow the user to interact with the virtual object and / or to create an augmented reality experience Lt; / RTI > Sensors 1006 may enable natural interactions with virtual objects and digital assets (e.g., documents, pictures, videos, etc.) through gestural control, touch manipulation, highlighting of virtual objects, Recognizable gestures may be selected from the group consisting of forking, panning, tapping, pushing, guiding, flicking, turning, rotating, glazing and pulling, panning images, drawing (e.g., finger painting) And may be stored or configured in the form of a gestural dictionary that stores motion data or patterns to recognize gestures, including formation (e.g., an "OK" symbol) and two hands spread out to perform swipings Can be accomplished by addressing, in close proximity to or at an apparent location of the virtual object of the generated display (relative to the user).

도 11은 임의의 실시예에 사용하기에 적합한 모바일 디바이스의 시스템 블록도이다. 전형적인 모바일 디바이스(1100)는 내부 메모리(1102), 디스플레이(1103) 및 스피커(1154)에 커플링된 프로세서(1101)를 포함할 수 있다. 또한, 모바일 디바이스(1100)는 프로세서(1101)에 연결된 무선 데이터 링크 및/또는 셀룰러 전화 송수신기(1105)에 연결될 수 있는, 전자기파를 송신 및 수신하기 위한 안테나(1104) 및 프로세서(1101)에 연결된 모바일 멀티미디어 브로드캐스트 수신기(1106)를 포함할 수 있다. 모바일 디바이스(1100)는 일반적으로 또한 사용자 입력을 수신하기 위한 메뉴 선택 버튼 또는 로커 스위치들(1108)을 포함한다.11 is a system block diagram of a mobile device suitable for use with any embodiment. A typical mobile device 1100 may include a processor 1101 coupled to an internal memory 1102, a display 1103 and a speaker 1154. The mobile device 1100 also includes an antenna 1104 for transmitting and receiving electromagnetic waves and a mobile 1104 coupled to the processor 1101, which may be coupled to the wireless data link and / or cellular telephone transceiver 1105 coupled to the processor 1101, And a multimedia broadcast receiver 1106. Mobile device 1100 generally also includes menu select buttons or rocker switches 1108 for receiving user input.

프로세서(1101)는, 상술한 다양한 실시예들의 기능을 포함하여 다양한 기능들을 수행하기 위해 소프트웨어 명령들(애플리케이션들)에 의해 구성될 수 있는 프로그램 가능한 마이크로 프로세서, 마이크로 컴퓨터 또는 다중 프로세서 칩 또는 칩들일 수 있다. 일부 디바이스들에서, 무선 통신 기능에 전용되는 일 프로세서 및 다른 애플리케이션들을 실행하는데 전용되는 일 프로세서와 같이 다수의 프로세서들(1101)이 제공될 수 있다. 일반적으로, 소프트웨어 애플리케이션들은 소프트웨어 애플리케이션들이 액세스되고 프로세서(1101)에 로딩되기 전에 내장 메모리(1102)에 저장될 수 있다. 프로세서(1101)는 애플리케이션 소프트웨어 명령들을 저장하기에 충분한 내부 메모리를 포함할 수 있다. 많은 디바이스들에서, 내부 메모리는 휘발성 또는 비 휘발성 메모리, 이를테면 플래시 메모리, 또는 이 둘의 혼합일 수 있다. 이러한 설명의 목적을 위해, 메모리에 대한 일반 참조는 프로세서(1101) 그 자체 내의 메모리 및 디바이스로 플러깅되는 내장 메모리 또는 이동식 메모리를 포함하는, 프로세서(1101)에 의해 액세스 가능한 메모리를 지칭한다. The processor 1101 may be a programmable microprocessor, microcomputer, or multiprocessor chip or chips, which may be configured by software instructions (applications) to perform various functions, including the functions of the various embodiments described above. have. In some devices, a plurality of processors 1101 may be provided, such as one processor dedicated to executing wireless communications functions and one processor dedicated to executing other applications. Generally, the software applications may be stored in the embedded memory 1102 before the software applications are accessed and loaded into the processor 1101. [ The processor 1101 may include sufficient internal memory to store application software instructions. In many devices, the internal memory may be a volatile or non-volatile memory, such as a flash memory, or a mixture of the two. For purposes of this description, a general reference to memory refers to memory accessible by processor 1101, including internal memory or removable memory that is plugged into memory and devices in processor 1101 itself.

상기 방법 설명 및 프로세스 흐름도들은 실례로 단지 제공되며, 다양한 실시예들의 단계들이 제시된 순서로 수행되어야 하는 것을 필요로 하거나 암시하려는 것은 아니다. 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 상기 실시예에서 단계들의 순서는 임의의 순서로 수행될 수 있다. "그 후", "그 다음", "다음" 등과 같은 단어는 단계들의 순서를 제한하려는 것은 아니다; 이들 단어는 단순히 방법의 설명을 통해 독자를 안내하는데 사용된다. 또한, 예를 들어, 단수 형태를 사용하여 엘리먼트들을 단수로 청구하는 임의의 참조는 엘리먼트를 단수로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.The method descriptions and process flow diagrams are provided solely for the purpose of illustration and are not intended to imply or imply that the steps of the various embodiments should be performed in the order presented. As can be appreciated by those skilled in the art, the order of steps in the above embodiment may be performed in any order. The words "after "," next ", "next ", and the like do not attempt to limit the order of the steps; These words are simply used to guide the reader through a description of the method. Also, any reference to an element in singular form, for example, using the singular forms, should not be construed as limiting the element to a singular value.

본원에 개시된 실시예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 회로, 및 알고리즘 단계는, 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 상호 교환 가능성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트, 블록, 모듈, 회로, 및 단계들이 이들의 기능성의 관점에서 일반적으로 상술되었다. 이러한 기능이 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되는지 여부는 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계 제약에 의존한다. 당업자는 각각의 특정 애플리케이션마다 다양한 방식들로 설명된 기능을 구현할 수 있지만, 이러한 구현 결정은 본 발명의 범위를 벗어나게 하는 것으로 해석되어서는 안된다. The various illustrative logical blocks, modules, circuits, and algorithm steps described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented as electronic hardware, computer software, or combinations of both. To clearly illustrate the interchangeability of hardware and software, various illustrative components, blocks, modules, circuits, and steps have been described above generally in terms of their functionality. Whether such functionality is implemented in hardware or software depends upon the particular application and design constraints imposed on the overall system. Skilled artisans may implement the described functionality in varying ways for each particular application, but such implementation decisions should not be interpreted as causing a departure from the scope of the present invention.

본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직, 논리 블록, 모듈, 및 회로를 구현하는데 사용되는 하드웨어는, 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 또는 기타 프로그래머블 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트, 또는 본원에 설명된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 결합으로 구현 또는 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로 프로세서일 수 있지만, 대안적으로, 프로세서는 임의의 종래 프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, 또는 상태 머신 일 수 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 장치들의 조합, 예를 들어, DSP와 마이크로 프로세서의 조합, 복수의 마이크로 프로세서들, DSP 코어와 결합 된 하나 이상의 마이크로 프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로 구현될 수 있다. 대안적으로, 일부 단계 또는 방법들이 주어진 기능에 특정한 회로에 의해 수행될 수 있다. The hardware used to implement various illustrative logical blocks, modules, and circuits described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented or performed with a general purpose processor, a digital signal processor (DSP), an application specific integrated circuit (ASIC) Gate array (FPGA), or other programmable logic device, discrete gate or transistor logic, discrete hardware components, or any combination thereof designed to perform the functions described herein. A general purpose processor may be a microprocessor, but, in the alternative, the processor may be any conventional processor, controller, microcontroller, or state machine. The processor may also be implemented in a combination of computing devices, e.g., a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors in conjunction with a DSP core, or any other such configuration. Alternatively, some steps or methods may be performed by a circuit specific to a given function.

하나 이상의 예시적인 양상들에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현되는 경우, 기능들은 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 또는 비 일시적인 프로세서 판독 가능 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장될 수 있다. 본원에 개시된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 저장 매체에 상주할 수 있는 프로세서 실행 가능한 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 저장 매체는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 저장 매체 일 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 이러한 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 또는 프로세서 판독 가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, FLASH 메모리, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장소, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 디바이스, 또는 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 디스크(disk 및 disc)는 컴팩트 disc(CD), 레이저 disc, 광학 disc, 디지털 다용도 disc(DVD), 플로피 disk 및 블루레이 disc를 포함하며, 포함하며, 여기서 disk들은 일반적으로 데이터를 자기적으로 재생하는 한편, disc들은 데이터를 레이저를 이용하여 광학적으로 재생한다. 위의 조합들은 또한, 비 - 일시적 컴퓨터 판독 가능 및 프로세서 판독 가능 매체의 범위 내에 포함된다. 또한, 방법 또는 알고리즘의 연산들은, 컴퓨터 프로그램 제품에 포함될 수 있는 비 일시적인 프로세서 판독 가능 매체 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 하나 또는 임의의 조합 또는 세트의 코드들 및/또는 지시들로서 상주할 수 있다.In one or more of the exemplary aspects, the described functions may be implemented in hardware, software, firmware, or any combination thereof. When implemented in software, the functions may be stored as one or more instructions or code on a non-transitory computer readable medium or non-transitory processor readable medium. The steps of a method or algorithm disclosed herein may be embodied in a processor-executable software module that may reside in a non-transitory computer readable or processor readable storage medium. Non-volatile computer readable or processor readable storage media can be any type of storage medium that can be accessed by a computer or processor. By way of example, and not limitation, such non-transitory computer readable or processor readable media can be RAM, ROM, EEPROM, FLASH memory, CD-ROM or other optical disk storage, magnetic disk storage or other magnetic storage devices, Or any other medium which can be used to store the desired program code in the form of a computer program and which can be accessed by a computer. Disks and discs as used herein include, but are not limited to, compact discs (CDs), laser discs, optical discs, digital versatile discs (DVD), floppy discs and Blu-ray discs, While reproducing magnetically, discs optically reproduce data using a laser. The above combinations are also included within the scope of non-transient computer readable and processor readable media. In addition, the operations of the method or algorithm may reside as one or any combination or set of codes and / or instructions on non-transitory processor readable media and / or computer readable media that may be included in the computer program product .

개시된 실시예의 이전 설명은 당업자가 본 발명을 실시하거나 이용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시예들에 대한 다양한 변형은 당업자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시 형태에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본원에 도시된 실시예들에 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본원에 개시된 신규한 특징들, 원리들 및 이하의 청구항과 부합하는 가장 넓은 범위와 일치해야 한다. The previous description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the novel features, principles, and claims hereinafter set forth herein.

Claims (17)

니어 아이 디스플레이로서,
투과형 전자 디스플레이; 및
인간의 눈으로부터 250mm보다 크거나 같은 거리에 디스플레이의 가상 이미지를 형성하기 위해 인입하는 광의 일정 비율을 회절시키도록 구성된 회절형 마이크로 렌즈 어레이를 포함하며,
상기 투과형 전자 디스플레이와 상기 마이크로 렌즈 어레이 사이의 거리는 대략 상기 마이크로 렌즈 어레이의 초점 거리인,
니어 아이 디스플레이.
As a near-eye display,
A transmissive electronic display; And
A diffractive microlens array configured to diffract a certain percentage of incoming light to form a virtual image of the display at a distance greater than or equal to 250 mm from the human eye,
Wherein the distance between the transmissive electronic display and the microlens array is approximately the focal length of the microlens array,
Near eye display.
제 1 항에 있어서,
상기 회절형 마이크로 렌즈 어레이는 부분적으로 회절성이고 부분적으로 투과성인, 니어 아이 디스플레이.
The method according to claim 1,
Wherein the diffractive microlens array is partially diffractive and partially transmissive.
제 1 항에 있어서,
상기 투과형 전자 디스플레이는 복수의 픽셀들을 포함하며, 상기 회절형 마이크로 렌즈 어레이는, 각 픽셀로부터 방출되는 광의 대략 50 퍼센트가 상기 인간의 눈의 망막 상의 초점으로 회절되도록 픽셀들에 대해 위치되는, 니어 아이 디스플레이.
The method according to claim 1,
Wherein the transmissive electronic display comprises a plurality of pixels and wherein the diffractive microlens array is positioned relative to the pixels such that approximately 50 percent of the light emitted from each pixel is diffracted into the focal point on the retina of the human eye, display.
제 1 항에 있어서,
상기 투과형 전자 디스플레이는 복수의 투명 부분을 포함하고, 상기 회절형 마이크로 렌즈 어레이는, 실제 장면으로부터의 광이 상기 투과형 디스플레이의 투명 부분을 변경되지 않고 통과하도록 투과형 전자 디스플레이에 대해 위치되는, 니어 아이 디스플레이.
The method according to claim 1,
Wherein the transmissive electronic display comprises a plurality of transparent portions and wherein the diffractive microlens array is arranged such that light from a real scene is positioned relative to the transmissive electronic display such that light passes through the transparent portion of the transmissive display unaltered, .
제 4 항에 있어서,
상기 회절형 마이크로 렌즈 어레이는, 상기 실제 장면으로부터의 광의 대략 50 퍼센트가 상기 회절형 마이크로 렌즈 어레이를 통과하여 상기 인간의 눈의 망막에 이미지를 형성하도록 상기 투과형 전자 디스플레이에 대해 위치되는, 니어 아이 디스플레이.
5. The method of claim 4,
Wherein the diffractive microlens array is positioned relative to the transmissive electronic display such that approximately fifty percent of the light from the real scene passes through the diffractive microlens array and forms an image in the retina of the human eye. .
제 5 항에 있어서,
상기 회절형 마이크로 렌즈 어레이는, 상기 실제 장면으로부터의 광의 대략 50 퍼센트가 상기 인간의 눈의 망막의 초점을 벗어나게 상기 마이크로 렌즈 어레이에 의해 회절되도록 상기 투과형 전자 디스플레이에 대해 위치되는, 니어 아이 디스플레이.
6. The method of claim 5,
Wherein the diffractive microlens array is positioned relative to the transmissive electronic display such that approximately 50 percent of the light from the real scene is diffracted by the microlens array out of focus of the retina of the human eye.
제 1 항에 있어서,
상기 회절형 마이크로 렌즈 어레이는 유리 기판 상에 제조되는, 니어 아이 디스플레이.
The method according to claim 1,
The diffractive microlens array is manufactured on a glass substrate.
제 1 항에 있어서,
상기 회절형 마이크로 렌즈 어레이는 볼륨 홀로그램으로서 광중합성 필름으로 제조되는, 니어 아이 디스플레이.
The method according to claim 1,
Wherein the diffractive microlens array is manufactured as a photopolymerizable film as a volume hologram.
제 1 항에 있어서,
상기 회절형 마이크로 렌즈 어레이 및 투과형 전자 디스플레이는 광학 렌즈로 제조되는, 니어 아이 디스플레이.
The method according to claim 1,
Wherein the diffractive microlens array and the transmissive electronic display are made of optical lenses.
제 1 항에 있어서,
상기 투과형 전자 디스플레이는 액정 디스플레이인, 니어 아이 디스플레이.
The method according to claim 1,
Wherein the transmissive electronic display is a liquid crystal display.
제 1 항에 있어서,
상기 투과형 전자 디스플레이는 유기 발광 다이오드 디스플레이인, 니어 아이 디스플레이.
The method according to claim 1,
Wherein the transmissive electronic display is an organic light emitting diode display.
제 11 항에 있어서,
상기 유기 발광 다이오드 디스플레이는 투명 유기 발광 다이오드 디스플레이인, 니어 아이 디스플레이.
12. The method of claim 11,
Wherein the organic light emitting diode display is a transparent organic light emitting diode display.
제 1 항에 있어서,
상기 투과형 전자 디스플레이는 안경에 부착되는, 니어 아이 디스플레이.
The method according to claim 1,
Wherein the transmissive electronic display is attached to the eyeglass.
니어 아이 디스플레이로서,
인간의 눈에 근접하게 컴퓨터 생성 이미지를 디스플레이하고, 먼 장면이 보이게 부분적으로 허용하기 위한 수단: 및
상기 인간의 눈으로부터 250mm보다 크거나 같은 거리에 가상 이미지를 형성하기 위해 컴퓨터 생성 이미지로부터의 광의 일정 비율을 회절시키기 위한 수단을 포함하는,
니어 아이 디스플레이.
As a near-eye display,
Means for displaying a computer generated image in close proximity to a human eye and partially permitting visible distant scenes:
Means for diffracting a percentage of light from the computer generated image to form a virtual image at a distance greater than or equal to 250 mm from said human eye.
Near eye display.
제 14 항에 있어서,
상기 가상 이미지를 형성하기 위해 상기 컴퓨터 생성 이미지로부터의 광의 일정 비율을 회절시키기 위한 수단은, 상기 컴퓨터 생성된 이미지로부터의 광을 부분적으로 회절시키기 위한 수단 및 상기 먼 거리로부터의 광을 부분적으로 투과시키기 위한 수단을 포함하는, 니어 아이 디스플레이.
15. The method of claim 14,
Wherein the means for diffracting a proportion of light from the computer generated image to form the virtual image comprises means for partially diffracting light from the computer generated image and means for partially diffracting light from the far distance A near-eye display.
제 14 항에 있어서,
컴퓨터 생성 이미지를 디스플레이하기 위한 수단은 복수의 픽셀들을 생성하기 위한 수단을 포함하며,
상기 가상 이미지를 형성하기 위해 상기 컴퓨터 생성된 이미지로부터의 광의 일정 비율을 회절시키기 위한 수단은, 각 픽셀로부터 방출된 광의 대략 50 퍼센트를 상기 인간의 눈의 망막 상의 초점으로 회절시키기 위한 수단을 포함하는, 니어 아이 디스플레이.
15. The method of claim 14,
Wherein the means for displaying a computer generated image comprises means for generating a plurality of pixels,
Wherein the means for diffracting a proportion of light from the computer generated image to form the virtual image comprises means for diffracting approximately 50 percent of the light emitted from each pixel to a focus on the retina of the human eye , Near-eye display.
제 14 항에 있어서,
상기 컴퓨터 생성된 이미지를 디스플레이하기 위한 수단은 복수의 투명 부분들을 포함하며,
상기 가상 이미지를 형성하기 위해 상기 컴퓨터 생성된 이미지로부터 광의 일정 비율을 회절시키기 위한 수단은, 복수의 투명 부분들을 통과하는 상기 먼 장면으로부터의 광이 변경되지 않게 하기 위한 수단을 포함하는, 니어 아이 디스플레이.
15. The method of claim 14,
Wherein the means for displaying the computer generated image comprises a plurality of transparent portions,
Wherein the means for diffracting a percentage of the light from the computer generated image to form the virtual image comprises means for preventing light from the far scene passing through the plurality of transparent portions from being altered, .
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